ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL - Repositorio...
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I ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA DE FORMACION DE TECNÓLOGOS CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA PARA FABRICAR RESORTES HELICOIDALES CILÍNDRICOS DE ALAMBRE DE ACERO ASTM A 227 GRADO B DE 4.5mm DE DIÁMETRO PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGO EN PROCESOS DE PRODUCCIÓN MECÁNICA CHICAIZA YUGCHA DANNY RAMIRO E-MAIL: [email protected] QUINGA SUNTAXI DIEGO MAURICIO E-MAIL: [email protected] DIRECTOR: ING. WILLAN MONAR E-MAIL: [email protected] QUITO, SEPTIEMBRE 2008
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I
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE FORMACION DE TECNÓLOGOS
CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA PARA FABRICAR
RESORTES HELICOIDALES CILÍNDRICOS DE
ALAMBRE DE ACERO ASTM A 227 GRADO B DE
4.5mm DE DIÁMETRO
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓL OGO EN
PROCESOS DE PRODUCCIÓN MECÁNICA
CHICAIZA YUGCHA DANNY RAMIRO
E-MAIL: [email protected]
QUINGA SUNTAXI DIEGO MAURICIO
E-MAIL: [email protected]
DIRECTOR: ING. WILLAN MONAR
E-MAIL: [email protected]
QUITO, SEPTIEMBRE 2008
II
DECLARACIÓN
Nosotros, DANNY RAMIRO CHICAIZA YUGCHA y DIEGO MAURICIO
QUINGA SUNTAXI, declaramos que el trabajo aquí escrito es de nuestra
autoría, que no ha sido presentado para ningún grado o calificación profesional,
y que hemos consultado las referencias bibliografiítas que se incluyen en este
documento.
La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_____________________________ _____________________________
DANNY RAMIRO CHICAIZA YUGCHA DIEGO MAURICIO QUINGA SUNTAXI
III
CERTIFICACIÓN
Certifico que el siguiente trabajo fue desarrollado por DANNY RAMIRO
CHICAIZA YUGCHA y DIEGO MAURICIO QUINGA SUNTAXI, bajo mi
supervisión.
_________________
Ing. Willan Monar
DIRECTOR
IV
AGRADECIMIENTOS
Al Ing. Willan Monar, por su acertada dirección.
A los profesores de la Escuela Politécnica Nacional que nos
compartieron sus conocimientos.
A la empresa TECNITORNO RAY, por permitirnos ocupar sus máquinas
herramientas, equipos y por su grandiosa colaboración.
Y a todas las personas que estuvieron con ideas apoyando a la
realización de este proyecto
V
DEDICATORIA
A Alfonso Quinga y Lourdes Suntaxi mis queridos padres.
A Mayra Ñato mi esposa por su apoyo incondicional y a mis hijos Alex y
Ariel, que han llenado de mucha felicidad mi vida.
A Carlos Ñato y Rosa Pillajo, mis queridos suegros.
A Santiago y Yesenia mis “hermanos”.
A mis amigos y compañeros.
D. Mauricio Quinga S.
Este trabajo esta dedicado a mis queridos padres y
hermanos “D.E.F.J.A.” que en todo momento estuvieron a
mi lado dándome su apoyo incondicional; y en especial a
Maga mi hermana mayor que con su esfuerzo y cariño
supo guiarme con pasos firmes en mi vida estudiantil.
Y a todos los panitas de PPM.
(F.G.A.J.M.E.JP.V.W.D.P.R.)
Danny R. Chicaiza Y.
VI
CONTENIDO
SIMBOLOGÍA…………………………………………………………………………XI
GLOSARIO…………………………………………………………………………..XIII
RESUMEN……………………………………………………………………………XV
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………XVI
CAPÍTULO I ........................................................................................................... 1
FUNDAMENTOS TEÓRICOS ............................................................................ 1
1.1 ESTUDIO DE LOS RESORTES ............................................................ 1
1.2 TIPOS DE RESORTES .......................................................................... 2
1.2.1 RESORTE HELICOIDAL DE COMPRESIÓN ................................ 3
1.2.2 RESORTE HELICOIDAL DE EXTENSIÓN.................................... 4
1.2.3 RESORTE DE BARRA DE TRACCIÓN......................................... 5
1.2.4 RESORTE DE TORSIÓN............................................................... 6
1.2.5 RESORTES DE HOJAS O BALLESTAS ....................................... 6
1.2.6 RESORTE DE BELLEVILLE .......................................................... 7
1.2.7 RESORTE CIRCULAR................................................................... 7
1.2.8 RESORTE DE FUERZA CONSTANTE.......................................... 8
1.2.9 RESORTE DE POTENCIA............................................................. 8
1.3 RESORTES DE TORSIÓN .................................................................... 9
1.3.1 ÍNDICE DE RESORTE................................................................. 12
1.3.2 CÁLCULO DE TENSIÓN ............................................................. 12
1.3.3 DEFLEXIÓN, RAZÓN DE RESORTE Y NÚMERO DE BOBINAS13
1.3.4 CÁLCULO DE LA LONGITUD DEL ALAMBRE ........................... 15
1.3.5 TENSIONES DE DISEÑO............................................................ 15
1.3.6 TOLERANCIAS............................................................................ 16
1.4 MATERIALES DE LOS RESORTES ................................................... 16
1.4.1 PROPIEDADES GENERALES DEL ALAMBRE .......................... 18
1.5 DIÁMETROS ........................................................................................ 22
1.5.1 DIÁMETROS ESTÁNDAR DE ALAMBRE ................................... 23
1.5.2 ÁNGULO DE ESPACIAMIENTO.................................................. 24
VII
CAPÍTULO II ........................................................................................................ 26
ALTERNATIVAS Y SELECCIÓN DE LA MÁQUINA ........................................ 26
2.1 MÁQUINA PARA LA FABRICACIÓN DE RESORTES
HELICOIDALES …………………………………………………………………
…26
2.2 TIPOS DE MÁQUINAS PARA LA FABRICACIÓN DE RESORT ES... 27
2.2.1 MÁQUINA MTS............................................................................ 27
2.2.2 MÁQUINA ITAYA ......................................................................... 28
2.2.3 MÁQUINA BOBBIO...................................................................... 28
2.2.4 MÁQUINA BRISTOL .................................................................... 29
2.2.5 MÁQUINA CHIN YN CHANG MACHINERY ................................ 29
2.2.6 MÁQUINA BUILDWELL ............................................................... 30
2.3 ALTERNATIVAS Y SELECCIÓN ........................................................ 30
2.3.1 CARACTERÍSTICAS DE LA MÁQUINA PARA FABRICAR
RESORTES....…………………………………………………………………
30
2.3.2 SELECCIÓN DEL TIPO DE SISTEMA......................................... 32
2.3.2.1Sistema de conformado por placas ........................................ 32
2.3.2.2Sistema de conformado por tornillo sinfín guía....................... 33
2.3.3 SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA ............................ 34
2.3.3.1Transmisión por Bandas y Poleas .......................................... 34
2.3.3.2Transmisión por Catalinas y Cadena...................................... 35
2.3.3.3Transmisión por Engranajes................................................... 36
CAPÍTULO III ....................................................................................................... 38
CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA ............................................................... 38
3.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................. 38
3.2 PARAMETROS PARA LA CONSTRUCCIÓN ..................................... 38
3.2.1 MATERIALES .............................................................................. 38
3.2.2 FORMA ........................................................................................ 39
3.2.3 PESO ........................................................................................... 39
VIII
3.2.4 OPERACIÓN................................................................................ 39
3.3 SELECCIÓN DE MATERIALES .......................................................... 40
3.3.1 ACERO DE BAJO CONTENIDO DE CARBONO ASTM A-36 ..... 40
3.3.2 ACERO DE TRANSMISIÓN AISI 1018........................................ 40
3.3.3 ACERO ASTM A227 .................................................................... 40
3.4 EQUIPO Y MAQUINARIA UTILIZADA EN LA CONSTRUC CIÓN ... 41
3.5 LA POLEA ........................................................................................... 41
3.6 BANDAS TRAPECIALES EN “V” ...................................................... 42
3.6.1 SECCIONES ................................................................................ 43
3.6.1.1Aplicación –Poleas ................................................................. 43
3.7 CÁLCULO DE LAS POLEAS Y BANDA ............................................ 44
3.7.1 VELOCIDAD ANGULAR DE LA CONDUCIDA ............................ 45
3.7.2 POTENCIA DE PROPORCIONAMIENTO. (Pc)........................... 45
3.7.3 SECCIÓN DE LA BANDA ............................................................ 46
3.7.4 DIÁMETRO PRIMITIVO DE LA POLEA MENOR ........................ 46
3.7.5 DIÁMETRO PRIMITIVO DE LA POLEA MAYOR......................... 47
3.7.6 VELOCIDAD PERIFÉRICA .......................................................... 47
3.7.7 ÁNGULO DE CONTACTO........................................................... 47
3.7.8 LONGITUD PRIMITIVA DE LA BANDA ....................................... 48
3.7.9 DIÁMETRO EXTERIOR EQUIVALENTE..................................... 48
3.7.10 POTENCIA NOMINAL.................................................................. 48
3.7.11 POTENCIA EFECTIVA ................................................................ 49
3.7.12 NÚMERO DE BANDAS................................................................ 50
3.8 SISTEMA DE ACCIONAMIENTO MOTRIZ Y DE TRANSMISIÓ N DE
LAS MÁQUINAS .......................................................................................... 50
3.8.1 ACCIONAMIENTO DEL EJE MOTRIZ A SU CONJUGADO
INMEDIATO (POLEA)............................................................................. 50
3.8.1.1Relación de Transmisión ........................................................ 51
3.9 APOYOS DE ÁRBOLES Y EJES ........................................................ 52
3.9.1 COJINETES MONTADOS (CHUMACERA) ................................. 52
3.9.2 RELACIÓN ENTRE CARGA Y VIDA ÚTIL................................... 56
3.10 ACOPLAMIENTO FLEXIBLE .............................................................. 56
3.10.1 ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS DE MANGUITO CON
PRISIONERO..............…………………………………………………..57
IX
3.11 TORNILLO SIN FIN GUÍA ................................................................... 57
3.12 MOTOR ELÉCTRICO .......................................................................... 59
3.12.1 CAMBIO DE GIRO....................................................................... 59
3.12.1.1Para Motores Monofásicos ................................................... 59
3.12.1.2Para Motores Trifásicos........................................................ 60
3.13 REDUCTOR DE VELOCIDAD ............................................................. 60
3.13.1 MANTENIMIENTO ....................................................................... 60
3.14 SOLDADURAS DE LÁMINAS METÁLICAS ....................................... 61
3.14.1 PLACAS DE ACERO 3/16"(4.7MM) Y MAS GRUESAS .............. 61
3.14.2 ELECTRODOS ALTERNATIVOS ................................................ 62
3.14.2.1Solidificación......................................................................... 62
3.15 PROCESO DE CONSTRUCCIÓN ....................................................... 63
3.15.1 DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES ................................. 63
3.15.2 ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA................................................ 64
3.15.3 SISTEMA DE TRANSMISIÓN...................................................... 65
3.15.4 SISTEMA DE CONFORMADO .................................................... 65
3.15.4.1Eje Motriz o de Transmisión ................................................. 66
3.15.4.2Tornillo Guía ......................................................................... 66
3.15.4.3Base del Motor Eléctrico....................................................... 67
3.15.4.4Sistema de tensado de la banda .......................................... 68
3.15.5 SISTEMA ELÉCTRICO................................................................ 69
3.16 ESFUERZOS EN EL RESORTE.......................................................... 70
3.16.1 LONGITUD DEL ALAMBRE NECESARIO................................... 71
3.16.2 CARGA MÁXIMA ......................................................................... 71
3.16.3 DESPLAZAMIENTO ROTACIONAL ............................................ 73
3.16.4 DIÁMETRO INTERNO ................................................................. 74
3.16.5 RESISTENCIA A LA FATIGA...................................................... 74
3.16.6 ÁNGULO DE ESPACIAMIENTO ( λ ) ........................................... 77
CAPÍTULO IV ....................................................................................................... 78
PRUEBAS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................. 78
4.1 PROCESO DEL CONFORMADO DEL RESORTE ............................. 78
X
4.2 PRUEBAS ............................................................................................ 78
4.2.1 PRIMERA PRUEBA ..................................................................... 79
4.2.2 SEGUNDA PRUEBA.................................................................... 80
4.2.3 TERCERA PRUEBA .................................................................... 80
4.2.4 PRUEBA DEFINITIVA................................................................. 81
4.3 CONCLUSIONES ................................................................................ 82
4.4 RECOMENDACIONES ........................................................................ 83
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
1. TENSIONES DE DISEÑO POR FLEXIÓN PARA LAMABRE PARA
RESORTES QUE SE UTILIZAN EN RESORTES HELICOIDALES DE
TORSIÓN.
2. TOLERANCIAS COMERCIALES PARA DIÁMETROS DE SPIRAS DE
RESORTES DE TORSIÓN.
3. RESISTENCIA MÍNIMA A LA TENSIÓN DEL ALAMBRE DE RESORTE.
4. ALAMBRE TREFILADO PARA RESORTES.
5. POLEAS ACANALADAS PARA CORREAS TRAPECIALES.
6. CORREAS TRAPECIALES MONTAJE Y DIÁMETROS DE
REFERENCIA.
7. CUADRO DE SELECCIÓN DE REDUCTORES.
8. ROSCA MÉTRICA
9. HOJAS DE PROCESO DE LOS COMPONENTES DE LA MÁQUINA.
10. PLANOS DE CONSTRUCCIÓN – MONTAJE DE LA MÁQUINA
SIMBOLOGÍA
SÍMBOLO SIGNIFICADO
XI
ANSI American Nacional Standard Institute. (Instituto Estadounidense
de normas)
ASTM American Society of Mechanical Engineers. (Sociedad
Estadounidense de Ingenieros Mecánicos)
Ap Intersección
A Dimensión de la longitud
C Índice del resorte
OD Diámetro exterior de la espira
ID Diámetro interno de la espira
Dm Diámetro medio de la espira
Dw Diámetro del alambre
Dic Diámetro interno de la espira después de la carga
E Módulo de elasticidad
αF Frecuencia de fricción de la correa
G Módulo de elasticidad por cortante
I Momento de inercia del área
I Relación de Transmisón
J Momento polar de inercia del área
K Razón del resorte
θk Razón angular del resorte
l Longitud del alambre
M Momento
M Pendiente
N Número de espiras
aN Número de espiras activas
aN '́ Número de espiras activas después de la carga
Nc Número d correas
bN Número de espiras en el cuerpo
eN Número de espiras en el extremo
tN Número total de espiras
sn Factor de seguridad
XII
P Carga
p Paso
Pc Potencia de Proporcionamiento
Pn Potencia Nominal
Pe Potencia Efectiva
R Radio usado en la aplicación de un par de torsión
S Resistencia
seS Límite a la fatiga modificado
seS ´ Límite a la fatiga
fS Resistencia a la fatiga por cortante modificado
utS Resistencia máxima a la tensión
yS Resistencia a la fluencia
T Par de torsión
U Energía elástica almacenada
U∆ Cambio de energía
radθ Deflexión angular en radianes
revθ Deflexión angular en revoluciones
σ Esfuerzo
θ Ángulo de torsión
V Velocidad periférica
W Velocidad angular
XIII
GLOSARIO
Alineamiento: Colocar en forma paralela dos o más objetos.
Deflexión: Es el movimiento que se le imparte a un resorte por la aplicación de
una carga externa.
Deformación: Se da el cambio permanente de longitud, altura o posición
después de que un resorte es esforzado más allá del límite elástico de su
material
Enrollado cerrado: Se produce un enrollamiento de manera que las espiras
adyacentes se tocan.
Espiras activas: Son espiras que quedan libres para reflexionarse bajo carga.
Flecha: Longitud que se deforma un elemento por la acción de una carga,
medida desde su eje neutro.
Flexión: Encorvamiento transitorio que experimenta un sólido por la acción de
una fuerza que lo deforma elásticamente.
Histéresis: Es la pérdida de energía mecánica que ocurre durante la carga y
descarga de un resorte dentro del rango elástico.
Índice del resorte: Razón del diámetro medio al diámetro del alambre.
Límite de duración: Es el esfuerzo máximo, a una razón de esfuerzo dada, al
que puede trabajar un material en un ambiente determinado por un número
establecido de ciclos sin fallar.
Límite elástico: Es el esfuerzo máximo al que puede sujetarse un material sin
deformación permanente.
XIV
Momento: es el producto de la distancia a partir del eje del resorte al punto de
aplicación de la carga y la componente de la fuerza perpendicular a la línea de
distancia.
Pandeo: es el desplazamiento lateral de un resorte a la compresión.
Paso: es la distancia, medida paralelamente al eje de la espira desde el centro
de una espira hasta el centro de una espira adyacente.
Resorte: es un elemento flexible de máquina que se usa para ejercer una
fuerza o u par de torsión y, al mismo tiempo, para almacenar energía.
Torsión: es la deformación de un cuerpo producida al someterle a dos pares
de fuerzas, las cuales actúan en direcciones opuestas y en planos paralelos, de
forma que cada sección del cuerpo experimenta una rotación respecto a otra
sección próxima.
XV
RESUMEN
El presente proyecto se realizó con la finalidad de solucionar problemas que
actualmente tiene la industria, para mejorar los procesos de manufactura, en
donde se realizan operaciones de devanado de los resortes de una manera no
tan confiable causando pérdidas económicas en el funcionamiento de los
resortes.
El capítulo I abarca el estudio de los tipos de que existen en la industria y en el
mercado, realizando un estudio enfatizado de los puntos más importantes de
los resortes de torsión, información necesaria para realizar este proyecto.
En el capítulo II comprende la determinación de las posibles alternativas de la
máquina, tipos de máquinas, características de la máquina, tipos de sistemas
de conformado de los resortes y elección del sistema de transmisión.
En el capítulo III se dimensionan y seleccionan los elementos mecánicos
constitutivos de la máquina, sistemas de accionamiento motriz, poleas bandas,
apoyos, ejes, tornillo sin fin, cojinetes, acoplamientos y tipos de unión,
soldaduras, roscas, motor eléctrico, reductor de velocidad, materiales, equipos
y máquinas utilizadas, proceso de construcción y esfuerzos en los resortes.
En el capítulo IV finalmente se presenta las pruebas, que se debe tener en
cuenta en el correcto funcionamiento de la máquina; y las conclusiones y
recomendaciones de este trabajo.
XVI
INTRODUCCIÓN
En nuestro país en el área de la industria en general cada vez es más
necesaria la implantación de nuevos procesos de tareas básicas, que por ser
repetitivas conllevan a un alto riesgo de falla, ya sea por cansancio del
operador, o por distracción del mismo.
La exigencia de productos y servicios de alta calidad a bajo precio, son factores
muy importantes para ser competitivos en el mercado, es por esto que en hoy
en día es indispensable que los propietarios de las industrias se preocupen por
el ente más importante dentro de la misma que es el trabajador,
proporcionándole una capacitación continua para hacer de ellos un personal
calificado, y maquinaria junto con otros implementos que faciliten la vida del
operario dentro de las empresas.
Los resortes de torsión se emplean en una gran cantidad de aplicaciones,
desde cables de conexión hasta disquetes, desde productos de su cotidiano
hasta herramientas especiales. Su propósito con frecuencia se adapta a las
situaciones en las que se requiere aplicar torsión en dos direcciones, ya que
están fabricados para ofrecer resistencia a las presiones externas.
1
CAPÍTULO I
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
ESTUDIO DE LOS RESORTES1
Los resortes o muelles son elementos mecánicos capaces de soportar la
aplicación de determinadas cargas deformándose notablemente, pero
recuperando su configuración inicial al cesar aquella aplicación. La
característica principal de cualquier material empleado para la fabricación de
resortes debe ser la de poseer un comportamiento elástico para un campo de
tensiones lo más amplio posible. Los resortes se diseñan para dar una fuerza
que puede ser de empuje, tracción, radial y torsión.
Los resortes se fabrican por medio de procesos de trabajo en frío o en
caliente, dependiendo del tamaño del material, del índice del resorte y de las
propiedades mecánicas del material.
Los tipos más utilizados son los compuestos de acero con adiciones de silicio,
que alejan considerablemente el límite de rotura. En general los resortes
pueden agruparse en tres grandes clases: de flexión, de torsión y tracción. Los
resortes de flexión están constituidos por una chapa metálica debidamente
preparada y sometida por un extremo a una carga y empotrada con el otro
extremo al cuerpo de la máquina; entre los tipos más conocidos cabe señalar
las ballestas.
Los resortes de torsión, los más utilizados, presentan un extremo empotrado en
la máquina o utillaje donde opera, en tanto que el otro está sometido a la fuerza
de torsión; los tipos más importantes son los resortes de torsión de eje
rectilíneo y los resortes de torsión de hélice cilíndrica. Los resortes de torsión,
que son los más utilizados, se construyen arrollando el alambre de acero-silicio
1 NORTON, Robert. (2000). Diseño de Máquinas. Mc Graw Hill. México.
2
sobre un cilindro, o sobre un cono cuando se trata de proporcionarles una
hélice cónica.
TIPOS DE RESORTES2
Los resortes son susceptibles de clasificarse, estos actúan conforme al sentido
y la naturaleza de la fuerza que ejercen cuando se deflexionan. La tabla 1.1
presenta distintos tipos de resortes clasificados como empuje, tracción, radial y
torsión.
Usos Tipos de resortes
Resorte de compresión helicoidal
Resorte Belleville
Resorte de torsión: fuerza que actúa en el extremo
del brazo de torque
Empujar
Resorte plano, como cantilever o resorte de hoja
Resorte de extensión helicoidal
Resorte de torsión: fuerza que actúa en el extremo
del brazo de torque
Resorte plano, como cantilever o resorte de hoja
Resorte de barra de torsión (caso especial del
resorte de compresión)
Tracción
Resorte fuerza constante
Radial Resorte Garter, banda elastomérica, grapa de
resorte
Torsión Resorte de torsión, resorte de potencia
Tabla 1.1 Tipos de resortes
Fuente: MOTT, Robert. Diseño de Elementos de Máquinas. 1ra Edición.
2 MOTT, Robert. (1992). Diseño de Elementos de Máquinas. Prentice Hall. México.
3
1.2.1 RESORTE HELICOIDAL DE COMPRESIÓN
Se fabrican, por lo regular, de alambre redondo, enrollado en forma cilíndrica
recta con un espaciamiento constante entre bobinas adyacentes. La figura 1.1
muestra cuatro configuraciones prácticas de los extremos. Sin una fuerza
aplicada la longitud del resorte recibe el nombre de longitud libre. Cuando se
aplica una fuerza, las bobinas se comprimen hasta que todas están en contacto
entre sí, en ese momento la longitud es la mínima y se denomina longitud
comprimida.
Fig. 1.1 Aspecto de resortes de compresión helicoidales en que se muestra el tratamiento en
los extremos
Conforme se incrementa su deflexión, para comprimir un resorte se requiere
una cantidad de fuerza que se incrementa en forma lineal. Entre los tipos de
resorte que más se utilizan esta el recto, cilíndrico helicoidal de compresión. En
la figura 1.2 se ilustran los tipos cónico, de tonel o cuerpo cilíndrico, rodillo y de
espaciamiento variable.
4
Fig. 1.2 Tipo de resortes helicoidales de compresión
1.2.2 RESORTE HELICOIDAL DE EXTENSIÓN
Al parecer son similares a los resortes de compresión presentan un a serie de
bobinas enrollados en forma cilíndrica. Sin embargo, por lo regular, los resortes
de extensión tienen las bobinas tocándose entre sí y un espaciamiento mínimo
bajo condiciones en que no existe carga, como lo muestra la figura 1.3
Fig. 1.3 Resorte Helicoidal de extensión
A medida que se aplica la tensión por tracción externa las bobinas se separan.
La figura 1.4 muestra distintas configuraciones de los extremos para resortes
de extensión.
5
Fig. 1.4 Configuraciones para los extremos para los resortes helicoidales de extensión.
Fuente: SHIGLEY, Joseph. (1995). Elementos de Maquinaria. V1
1.2.3 RESORTE DE BARRA DE TRACCIÓN
Estos incorporan un resorte helicoidal de compresión estándar con dos
dispositivos de alambre en forma de lazo o rizo insertados al interior del resorte
(figura 1.5). Con tal resorte, es posible ejercer una fuerza de tracción jalando
los lazos colocando el resorte aún en compresión. Proporciona también un paro
definitivo según el resorte se comprime hasta llegar a su longitud comprimido.
Fig. 1.5 Resorte de barra de tracción
6
1.2.4 RESORTE DE TORSIÓN
Un resorte de torsión se utiliza para aplicar un torque conforme el resorte se
deflexiona al girar alrededor de un eje (figura 1.6). En los seguros comunes
para ropa accionados por resorte se utiliza un resorte de torsión para
proporcionar la acción de agarre. Los resortes de torsión se utilizan para abrir o
cerrar puertas o para sostener tapas de recipientes. Algunos cronómetros y
otros controles utilizan resortes de torsión para activar contactos de
interruptores o generar acciones similares. Las fuerzas de empuje o de tracción
pueden ejercerse mediante resorte de torsión conectando sus extremos a la
pieza que debe actuar.
Fig. 1.6 Resorte de torsión
1.2.5 RESORTES DE HOJAS O BALLESTAS
Se fabrican con una o más tiras planas de latón, bronce, acero u otros
materiales que se cargan como cantilevers simples vigas (figura 1.7). Según se
reflexionan a partir de su posición libre proporcionan una fuerza de empuje o de
tracción. Por medio de resortes de hojas se pueden ejercer fuerzas
considerables en espacios reducidos. Al adaptar la geometría de las hojas y
colocando hojas con dimensiones diversas se logran características especiales
en relación a fuerza – deflexión.
Fig. 1.7 Resorte de hoja
7
1.2.6 RESORTE DE BELLEVILLE
Tiene forma de disco cónico estrecho con un orificio en el centro (figura 1.8).
En ocasiones se le asigna el nombre roldada de Belleville porque su aspecto es
similar a ese artefacto. Con resortes de este tipo se pueden ejercer altas
relaciones de resorte o fuerzas de resorte en espacios axiales. Al variar la
altura del cono en relación al espesor del disco pueden obtenerse gran
variedad de características carga – deflexión. Además, colocando varios
resortes frente a frente o encima unos de otros se presentan numerosas
relaciones de resorte.
Fig. 1.8 Resorte de Belleville
1.2.7 RESORTE CIRCULAR
Son bobinados de alambre con forma de anillo de manera que ejercen una
fuerza radial alrededor de la periferia del objeto al que se aplica. Con diferentes
diseños pueden obtenerse fuerza ya sea hacia el interior a hacia al exterior.
La acción de un resorte circular con una fuerza hacia el interior es similar a la
de una liga, y la acción de resorte es análoga a la de un resorte de extensión,
(figura 1.9).
Fig. 1.9 Resorte circular
8
1.2.8 RESORTE DE FUERZA CONSTANTE
Estos tipos de resorte adoptan la forma de una tira bobinada como muestra la
figura 1.10. La fuerza que se requiere para extraer la tira de la bobina es
virtualmente constante a lo largo de una extensión larga de tracción. La
magnitud de la fuerza depende del ancho, espesor y radio de curvatura de la
bobina y el coeficiente elástico del material con que se fabrica el resorte.
Básicamente, la fuerza se relaciona con la deformación de la tira a partir de su
forma curva original hasta que toma una forma recta.
Fig. 1.10 Resorte de fuerza
1.2.9 RESORTE DE POTENCIA
Se conocen también como resorte motor o resortes de reloj, se fabrican de
acero plano para resortes, bobinado en forma de espiral (figura 1.11). El resorte
ejerce un torque conforme tiende a desarrollar la espiral. La figura muestra un
resorte de motor, hecho de resorte de fuerza constante.
Fig. 1.11 Resorte de potencia
9
RESORTES DE TORSIÓN3
Muchas piezas de maquinaria requieren de un resorte que ejerza un momento
rotacional o de giro, o momento de torque, en lugar de una fuerza de tracción o
empuje, El resorte helicoidal de torsión está diseñado para satisfacer está
necesidad. La configuración usada con más frecuencia para un resorte de
torsión es la del tipo de cuerpo simple (Fig. 1.12). Los resortes de doble cuerpo,
conocidos como resortes de doble torsión, se usan en donde sea necesario un
momento de torsión restrictivo, el esfuerzo y las necesidades de espacio. Con
frecuencia es menos costoso fabricar un par de resortes de torsión simple que
uno del tipo de doble torsión.
Fig. 1.12 Especificación de requerimiento de carga y deflexión para resorte de torsión
Fuente: SHIGLEY, Joseph. Elementos de Maquinaria. 1995
Donde:
=α Ángulo entre extremos
=P Carga en extremos a α
=L Brazo del momento
=θ Deflexión angular a partir de la posición libre.
El aspecto general del resorte es el mismo que el del resorte de compresión o
de extensión, con alambre redondo enrollado en forma cilíndrica. Por lo regular,
las bobinas están casi juntas con una separación mínima que no permite que
se genere tensión inicial en el resorte, como se presenta en los resortes de
extensión. La figura 1.13 muestra algunos ejemplos de resortes de torsión con
una gama de geometrías en los extremos.
3 MOTT, Robert,. (1992). Diseño de Elementos de Máquinas. Prentice Hall. México.
10
Fig. 1.13 Resortes de torsión donde se muestra una variedad de tipos de extremos
Fuente: SHIGLEY, Joseph. Elementos de Maquinaria. 1995
En las pinzas comunes para ropa, se utiliza un resorte de torsión para
proporcionar fuerza de agarre. Muchas puertas para gabinetes se diseñan de
tal manera que cierran en forma automática debido al efecto de un resorte de
torsión. Algunos cronómetros e interruptores utilizan resortes de torsión para
activar mecanismos o cerrar contactos. Se pueden enrollar hacia la derecha o
hacia la izquierda.
Frecuentemente son utilizados en una barra para evitar que se pandee. El
alambre está sujeto a esfuerzos de plegado en vez de esfuerzos torsionales,
los resortes de torsión operan a su máximo cuando se apoyan sobre una vara o
tubo. El momento aplicado deberá siempre disponerse de manera que las
espiras se cierren, en vez de abrirlas.
Dado que la carga es a flexión, el alambre rectangular es más eficiente en
términos de rigidez por volumen unitario. Sin embargo este tipo de resorte se
fabrica comúnmente de alambre redondo, que puede ser de enrollado cerrado
o abierto y por lo general está diseñado para enroscarse. La razón de ello es su
menor costo y la mayor variedad de tamaños y materiales disponibles.
Los extremos de estos resortes a diferencia de los otros es que pueden estar
doblados, torcidos, enganchados o en argolla de acuerdo con su la aplicación.
Un tipo especial de resorte de torsión es el resorte de torsión doble, que
11
consiste en una sección de espiras derecha y otra izquierda, conectadas y
trabajando en paralelo.
Las siguientes son algunas de las características especiales y parámetros que
deben considerarse al diseñar resortes de torsión:
a) El momento que se aplica a un resorte de torsión debe actuar siempre en tal
sentido que provoque que las bobinas se junten en lugar de abrir el resorte. En
esto se aprovechan las tensiones residuales favorables en el alambre después
que se le da forma.
b) En la condición libre, sin carga alguna, las definiciones de diámetro medio,
diámetro exterior, diámetro interior, diámetro del alambre e Índice de resorte
son las mismas que se utilizan para resortes de compresión, extensión y
torsión.
c) Conforme se incrementa la carga en un resorte de torsión, su diámetro
medio, disminuye y su longitud. L aumenta, de acuerdo con las relaciones
siguientes:
)/( θ+= aamIm NNDD (1.1)
Donde:
mID Es el diámetro medio inicial en la condición libre y aN es el número de
bobinas activas en el resorte. El término θ es la deflexión angular del resorte
a partir de la condición libre, expresada en revoluciones o fracciones de una
revolución.
)1( θ++= aw NDL (1.2)
Esta ecuación supone que todas las bobinas están en contacto entre sí. Si se
prevé cierto espaciamiento, por lo general se pretende reducir la fricción, se
debe agregar una longitud de aN veces el espaciamiento.
12
d) Los resortes de torsión deben apoyarse en tres o más puntos. Por lo regular,
se instalan alrededor de un eje para darles ubicación y transferir las fuerzas de
reacción a la estructura. El diámetro del eje o árbol sobre el que trabaja debe
ser igual a 90% del diámetro interno más pequeño al que se reduce el resorte
bajo carga máxima.
1.3.1 ÍNDICE DE RESORTE
La relación del diámetro medio del resorte mD con el diámetro del alambre wD
se denomina índice de resorte. C .
wm DDC /= (1.3)
Se recomienda que C sea mayor que 5.0, con resortes típicos para maquinaria
que tiene valores de C que varían entre 5 y 12. Para C menor que 5, la
formación del resorte será muy difícil ya que puede generar fracturas en el
resorte. Las tensiones o esfuerzos en los resortes dependen de C , y una C
mayor contribuirá la tendencia al pandeo en el resorte.
1.3.2 CÁLCULO DE TENSIÓN
El esfuerzo en las bobinas de un resorte helicoidal de torsión es la tensión por
la flexión que se genera debido a que el momento aplicado tiende a flexionar
cada bobina para que alcance un diámetro menor. Por tanto, la tensión se
calcula a partir de una fórmula de flexión IMc /=σ , donde Mc es el momento
aplicado e I es el momento de inercia modificada para considerar el alambre
curvado. También, debido a que casi todos los resortes de torsión se fabrican
de alambre redondo, el coeficiente de sección cI / es 32/3wDZ π= , así.
33
32
32/ w
b
w
bbb
D
MK
D
MK
Z
MK
I
McK
ππσ ==== (1.4)
bK Es el factor de corrección de curvatura y esto es igual:
13
)1(4
14 2
−−−
=CC
CCKb (1.5)
Donde C es el índice del resorte.
1.3.3 DEFLEXIÓN, RAZÓN DE RESORTE Y NÚMERO DE BOBINAS
La ecuación básica que rige la deflexión es
EIMLw /'=θ
Donde 'θ es la deformación angular del resorte en radianes (Rad.); M es el
momento aplicado o torque; wL es la longitud del alambre en el resorte; E es el
coeficiente de elasticidad de tensión; e I es el momento de inercia del alambre
del resorte.
44
2.10
2
1
)64/(
)(
w
am
w
amw
ED
NMD
rad
rev
DE
NDM
EI
ML===
πππθ (1.6)
Para calcular la razón de resorte, θK momento por revolución,.
am
w
ND
EDMk
2.10
4
==θθ (1.7)
Donde:
M = Es el momento
θ = Es ángulo de torsión
E = Módulo de elasticidad
wD = Diámetro del alambre
mD = Diámetro medio
aN = Diámetro de espiras activas.
14
La fricción entre bobinas y entre el diámetro interno del resorte y la varilla guía
puede disminuir a partir de este valor.
El número de bobinas, aN está compuesto de una combinación del número de
bobinas en el cuerpo del resorte, que se denomina bN y, también, la
contribución de los extremos conforme se somete a flexión. eN , se denomina
como la contribución de los extremos que tienen longitudes 1L y 2L
)3/()( 21 DmLLN e π+= (1.8)
eba NNN +=
Los resortes de torsión se usan con frecuencia sobre una barra o pasador
redondo. Cuando la carga se aplica a un resorte de torsión, esté se arrolla,
causando una disminución en el diámetro interior del cuerpo de espiras.
Resulta necesario asegurar que el diámetro interno de la espira se haga igual o
menor que el diámetro del pasador, ya que este ocasionaría la perdida de la
función del resorte. El diámetro interno de la carga máxima se obtiene de la
siguiente ecuación.
ac
iaic N
DND = (1.9)
Donde:
icD = diámetro interno de la carga
iD = diámetro interno de la espira
acN = Número de espiras activas cargadas
15
1.3.4 CÁLCULO DE LA LONGITUD DEL ALAMBRE 4
Para determinar la longitud necesaria de alambre que se utilizará para la
elaboración de un resorte de torsión se usa la ecuación (1.10). (Figura 1.14)
Fig. 1.14 Desarrollo del alambre
NRl ..2π= (1.10)
Donde:
l = Longitud total del desarrollo del resorte
R = Radio medio de las espiras
N = Número de espiras
1.3.5 TENSIONES DE DISEÑO5
El esfuerzo en un resorte de torsión es por flexión y no de esfuerzo de corte por
torsión, dado que la carga es a flexión entonces los esfuerzos de diseño son
distintos a las que se utilizan para resortes de compresión y de extensión.
(Anexo 1.1, Tensiones de Diseño por Flexión) incluye cinco gráficas de la
tensión de diseño contra diámetro del alambre para las mismas aleaciones que
se utilizan para resortes de compresión y torsión.
4 HAMROCK, Bernad. (2000). Elementos de Máquinas. 1ra Edición. Mc Graw Hill. México. 5 MOTT, Robert. (1992). Diseño de Elementos de Máquinas. Prentice Hall. México.
16
1.3.6 TOLERANCIAS
Las tolerancias para el diámetro de las espiras y la posición de los extremos se
dan en el Anexo 2.1, 2.2.
MATERIALES DE LOS RESORTES 6
Los materiales utilizados para la fabricación de resortes se relacionan con las
características mecánicas requeridas, tipo de servicio, ambiente de trabajo,
temperatura de funcionamiento, conducción eléctrica, etc.
La resistencia mecánica es una de las características más importantes que se
debe considerar cuando se selecciona el material de un resorte, esto significa
resistencia a la fluencia para metales y polímeros, resistencia al aplastamiento
para las cerámicas, resistencia al desgarramiento para los elastómeros y
resistencia a la tensión para los materiales compuestos y maderas.
La resistencia normalizada ES / es, el parámetro que se debe emplear para
evaluar la resistencia. (Ashby 1992). Si solo se evalúa la resistencia, se
observará que los polímeros tienen valores en el rango de 0.01 a 0.1 los
valores para metales son 10 veces más bajos. Incluso las cerámicas a la
compresión no son tan fuertes como los polímeros, y a la tensión son mucho
más débiles.
Los materiales compuestos y las maderas se encuentran en el rango de 0,01,
tan buenos como los metales. Debido a su módulo de elasticidad
excepcionalmente bajo los elastómeros son más altos, entre 0.1 y 1.0, que
cualquier otra clase de material.
El coeficiente de pérdida ∆ , es el segundo parámetro de importancia al decidir
el material con que se debe fabricar un resorte. El coeficiente de pérdida mide
6 HAMROCK, Bernad. (2000). Elementos de Máquinas. 1ra Edición. Mc Graw Hill. México.
17
la fracción de la energía que se disipa en un ciclo es fuerzo-deformación
unitario.
En la figura 1.15 se indica la variación esfuerzo-deformación unitaria para un
ciclo completo. El coeficiente de pérdida es:
UUv 2/∆=∆
Donde:
U∆ = cambio de energía en un ciclo, N-m
U = energía elástica almacenada, N-m
Figura 1.15 Curva esfuerzo – deformación unitaria para un ciclo completo
Fuente: HAMROCK, Bernad. (2000). Elementos de Máquinas
El coeficiente de pérdida es un parámetro adimensional. Un material que se
use para resortes debe tener un coeficiente de pérdida bajo. Los elastómeros,
tienen los coeficientes de pérdida más altos, y las cerámicas los más bajos con
un rango de magnitud de cuatro entre ellos. Las cerámicas no son un material
adecuado para resortes, ya que frágiles a la tensión.
Por las razones enunciadas los materiales de los resortes comerciales
provienen del grupo de materiales de alta resistencia y bajo coeficiente de
pérdida, en el que se incluye el acero al alto carbono; el acero inoxidable
laminado en frío endurecido por precipitación; las aleaciones no ferrosas y
algunos no metálicos especializados como la fibra de vidrio laminada.
18
1.4.1 PROPIEDADES GENERALES DEL ALAMBRE
En la tabla 1.2 se presentan los valores de propiedades para materiales; de
resortes (módulo de elasticidad, módulo de elasticidad por cortante, densidad y
temperatura máxima de servicio).
Tabla 1.2 Propiedades generales de materiales de resortes comunes.
Fuente: Steven R. Schmid 1ra Edición
19
El alambre preendurecido no se deberá usar si dD / < 4 pulg. o si d > ¼ pulg.
Al enrollar el resorte se inducen esfuerzos residuales por medio de flexión; pero
estos son nórmales a la dirección de los esfuerzos de trabajo de torsión en un
resorte arrollado. Cuando un resorte se manufactura, se descarga después de
arrollarse mediante un tratamiento térmico.
La resistencia a la rotura de un material de un resorte varía significativamente
con el tamaño del alambre, de manera que su resistencia a la rotura no se
puede especificar a menos que se conozca el tamaño. El material y su
procesamiento también tienen un efecto en la resistencia a la tensión. Los
resultados de pruebas extensivas por la Associated Spring Corp., Barnes
Group Inc., señalan que la gráfica semilogarítmica de la resistencia del alambre
contra el diámetro del mismo es casi siempre una línea recta para algunos
materiales. La información se puede ajustar cercanamente por la forma
exponencial (1.11). (Anexo 3.1, Resintencia Mínima a la Tensión del Alambre
de Resorte)
m
put
d
AS = (1.11)
Donde
pA = intersección de la línea recta
m = pendiente
La tabla 1.3 proporciona los valores de pA y m para cinco materiales, la
ecuación 1.11 sólo es valida para el rango limitado dado en la tabla 1.3.
En el diseño de resortes el esfuerzo permisible es la resistencia a la fluencia
por torsión en vez de la resistencia a la rotura. Una vez que se conoce la
resistencia a la rotura por medio de la ecuación 1.11, el esfuerzo a la fluencia
por cortante, el cual es el esfuerzo cortante permisible, se obtiene:
20
YperSY SS 40.0== τ (1.12)
Donde:
SYS = Resistencia a la fluencia por cortante
perτ = Esfuerzo permisible
YS = Resistencia a la fluencia
Rango del tamaño Exponente Constante pA
Material (Acero) Rango del tamaño m ksi Mpa
Alambre de apiano 0,004-0,250 0,10-6-5 0,146 196 2170
Revenido en baceite 0,020-0,500 0,50-12 0,186 149 1880
Alambre estirado cduro 0,028-0,500 0,70-12 0,192 136 1750
Cromo dvanadio 0,032-0,437 0,80-12 0,167 169 2000
Cromo esilicona 0,063-0,375 1,6-10 0,112 202 2000
Tabla 1.3. Coeficientes usados en la ecuación 1,10 para cinco materiales de resorte.
Fuente: (Engineering Guide to Spring Design, Bornes Group. Inc., 1987)
a Superficie lisa libre de defectos y con Un acabado brilloso, lustroso
b Superficie con cascarilla ligera de tratamiento de calor que se debe remover antes de
enchapar
c Superficie lisa y brillante sin marcas visibles
d Alambre templado de calidad de aeronaval; también se obtiene un recocido
e Templado a Rockwell RC49, también se obtiene sin templar
El material que se utilizará para este caso es acero al carbono con contenido
de carbono elevado ASTM A 227. (Tabla 1.4) y con un contenido de carbono
de 0.6% a 0.7% de carbono. El efecto del estirado o del tratamiento térmico es
más acentuado en los tamaños más pequeños, como se refleja en los valores
de la resistencia a tracción. Después del arrollamiento se da al resorte un
tratamiento térmico para alivio de tensiones de aproximadamente 275ºC
durante 30 minutos. Usualmente se emplea cuerda de piano cuando el
21
diámetro del alambre es inferior a 0,6mm. Por lo general para los resortes
enrollados en frío se utiliza valores del índice de resortes comprendidos entre 5
y 12.
Usualmente se carece de información sobre las propiedades en torsión de los
materiales de resortes y el diseñador se ve obligado a basar sus cálculos en la
resistencia a tracción. Una cifra razonable es el 60% del punto de fluencia en
tracción como punto de fluencia en torsión.
Se ha recomendado un coeficiente de seguridad de 1,5 respecto al punto de
fluencia en torsión para los resortes helicoidales con cargas estáticas o
repetidas con poca frecuencia a temperaturas normales. Puede hacerse este
factor algo mayor o menor dependiendo de las condiciones que predominen en
cada proyecto particular.
Los diámetros de alambres van desde los 0.2mm hasta 50mm según la
disponibilidad del mercado, a continuación se muestran en la tabla 1.4 algunos
tipos de materiales con sus características:
ASTM # MATERIAL
(ACERO) SAE # DESCRIPCION
A277 Alambre estirado en
frió 1066
Alambre para resorte para uso general de menor
costo. Para cargas estáticas pero no bueno para
fatiga o impacto. Rango de temperatura de 0ºC
120ºC (250ºF)
A228 Alambre de piano 1085
Material muy tenaz de muy amplio uso para
resortes de espiras pequeñas. Resistencia muy
elevada a la tensión y a la fatiga de todos los
alambres para resorte. Rango de temperatura de
0ºC 120ºC (250ºF)
A229 Alambre revenido al
aceite 1065
Acero para resorte de uso general. Menos
costoso y disponible en tamaños mayores del
alambre para piano. Adecuado para cargas
estáticas pero no bueno para fatiga o el impacto.
Rango de temperatura 0ºC a 180ºc (350F)
A230 Alambre revenido al
aceite 1070
Calidad de resorte de válvula. Adecuada para
carga de fatiga.
22
A232 Cromo Vanadio 6150
Acero para resorte de aleación de mayor
popularidad. Adecuado para cargas de fatiga,
impacto y de golpe. Para temperaturas de hasta
220ºC (450ºF) disponible recocido y
prerrevenido
A313 Acero inoxidable 30302 Adecuado para aplicaciones de fatiga
A401 Al cromo silicio 9254
Calidad de resorte de válvula: adecuada para
cargas a la fatiga. Temperatura hasta 220ºC
(450ºF)
B134,
#260 Latón para resorte CA-260
Baja resistencia pero resistente ala corrosión.
B159 Bronce fosforado CA-510 Resistencia superior al latón, mejor resistencia a
la fatiga. Resistente a la corrosión.
B197 Cobre al berilio CA-172 Resistencia superior al latón, mejor resistencia a
la fatiga. Bastante resistente a la corrosión
- Inconel X-750 - Resistente a la corrosión.
Tabla 1.4 Materiales Comunes para Alambres de Resorte
Fuente: Norton, Robert. Diseño de máquinas. 2000
DIÁMETROS 7
La figura 1.16 muestra la notación que se utiliza para hacer la medición a los
diámetros característicos de resortes helicoidales de compresión. El diámetro
exterior (OD, por las siglas en inglés de Outside Diameter), el diámetro interior
(ID, por las siglas en inglés de incide Diameter) y el diámetro del alambre ( WD )
son obvios y pueden medirse con instrumentos de medición estándar. Al
calcular la tensión o esfuerzo y la deflexión de un resorte, se utiliza el diámetro
medio, ( mD ).
Wm
Wm
DDID
DDOD
−=
+=
Fig. 1.16 Notación para Diámetros
7 MOTT, Robert. (1992). Diseño de Elementos de Máquinas. Prentice Hall. México.
23
1.5.1 DIÁMETROS ESTÁNDAR DE ALAMBRE
La especificación del diámetro de alambre que se requiere es uno de los
resultados más importantes en el diseño resortes. Existen distintos tipos de
materiales que se utilizan, en general, el alambre para resortes, y el alambre se
fabrica en piezas de diámetros estándar que abarcan un rango muy amplio. A
continuación la tabla 1.5 presenta los calibres estándar de alambre más
comunes, excepto el alambre para instrumentos musicales el tamaño del cable
disminuye a medida que se incrementa el número de calibre.
24
Tabla 1.5 Calibres de alambre y diámetros para resortes
Fuente: Norton, Robert. Diseño de máquinas. 2000
1.5.2 ÁNGULO DE ESPACIAMIENTO
El espaciamiento, ( p ) se refiere a la distancia axial de un punto en una bobina
al punto correspondiente en la bobina adyacente siguiente la figura 1.17
muestra el ángulo de espaciamiento ( λ ), puede observarse que cuanto mayor
sea el ángulo de espaciamiento más empinadas estarán las bobinas. Casi
todos los diseños prácticos de resortes producen un ángulo de menos de 12º,
aproximadamente. Si el ángulo es mayor que 12º, se desarrollarán tensiones
por compresión indeseables en el alambre. El ángulo de espaciamiento puede
calcularse mediante la formula.
= −
mD
p
πλ 1tan (1.13)
Esta fórmula puede observarse tomando una bobina de un resorte y
desenrollándola sobre una superficie plana, como ilustra la figura 1.7. La línea
horizontal es la circunferencia media del resorte y la línea vertical es el
espaciamiento. p .
25
Fig. 1.17. Ángulo de espaciamiento
26
CAPÍTULO II
ALTERNATIVAS Y SELECCIÓN DE LA MÁQUINA
Actualmente en el mercado se encuentran distintos tipos de máquinas que son
utilizados para la fabricación de resortes, gran parte de la producción es
realizada por máquinas automáticas y semiautomáticas. El propósito de este
capítulo es la de conocer los distintos avances tecnológicos en este tipo de
maquinaria para determinar los fundamentos básicos de su funcionamiento y
así seleccionar los sistemas más adecuados para este proyecto.
Con la gran variedad de máquinas para la fabricación de diferentes tipos de
resortes, se llegó a la conclusión que se puede construir una máquina que
realice la misma función y con la misma calidad a un bajo costo.
2.1 MÁQUINA PARA LA FABRICACIÓN DE RESORTES
HELICOIDALES
A una máquina para la fabricación de resortes helicoidales se la puede definir
como la unión y acoplamiento de diferentes partes y sistemas mecánicos que
tienen un fin común, el de permitir que un eje o árbol de características
especiales pueda ejercer un trabajo, en este caso se trata en enrollar el
alambre de acero ASTM A 227 grado B de diámetro 4.5mm, que será
conformado en frío para formar un resorte de torsión.
Para la construcción de este prototipo es necesario analizar los elementos
mecánicos y sistemas de transmisión constitutivos de la máquina.
27
2.2 TIPOS DE MÁQUINAS PARA LA FABRICACIÓN DE
RESORTES8
Con los avances tecnológicos en este tipo de maquinaria se determinan los
fundamentos de su funcionamiento y así seleccionar los elementos mecánicos
más adecuados para este proyecto.
Actualmente los sistemas CNC son los más utilizados en varios países, las
maquinarias taiwanesas, italianas, japonesas y alemanas son las más
deseadas por los fabricantes de resortes. Sin embargo todavía se fabrican
máquinas cuyo sistema de control es eléctrico, en lugar de computarizado, todo
esto depende de los requerimientos de cada una de las industrias que fabrican
resortes, tales como, cantidad, diámetro del alambre, precisión y costos.
Las máquinas que se detallan a continuación constituyen, en su gran mayoría
máquinas de alto rendimiento y que permiten la fabricación de distintas
variedades de resortes.
2.2.1 MÁQUINA MTS
La figura 2.1 muestra la máquina MTS9, y sus características técnicas para la
fabricación de resortes helicoidales de compresión y torsión.
Fig. 2.1Máquina MTS
8 RUIZ, Rodrigo. Apuntes de Máquinas Herramientas. EPN 9 http://www.mts.com/torsionspring.html
CARACTERISTICAS
φ máx. alambre 4.0 mm
Capacidad
(rev/min) 25-154
compresión Tipo de resorte
torsión
φ máx. resorte 40 mm
Long. máx 290 mm
Paso Variable
Costo aprox. 27000 USD
28
2.2.2 MÁQUINA ITAYA
La figura 2.2 muestra máquina ITAYA10, y sus características técnicas para la
fabricación de resortes helicoidales de compresión.
Fig. 2.2 Máquina ITAYA
2.2.3 MÁQUINA BOBBIO
La figura 2.3 muestra la máquina BOBBIO11, y sus características técnicas para
la fabricación de todo tipo de resortes.
Fig. 2.3 Máquina BOBBIO
10 http://www.itaya.com 11 http://www.bobbio.it
CARACTERÍSTICAS
φ máx. alambre 3.0 mm
Capacidad
(rev/min) 20-110
Tipo de resorte Compresión
φ máx. resorte 24 mm
Long. máx 180 mm
Paso Variable
Costo aprox. 22000 USD
CARACTERISTICAS
φ máx. alambre 5.5 mm
Capacidad
(rev/min) 20-350
Compresión Tipo de resorte
Torsión
φ máx. resorte 60 mm
Long. máx 2350 mm
Paso Variable
Costo aprox. 35000 USD
29
2.2.4 MÁQUINA BRISTOL
La figura 2.4 muestra la máquina BRISTOL12, y sus características técnicas
para la fabricación de resortes helicoidales de compresión.
Fig. 2.4 Máquina BRISTOL
2.2.5 MÁQUINA CHIN YN CHANG MACHINERY
La figura 2.5 muestra la máquina CHIN YN CHANG MACHINERY13, y sus
características técnicas para la fabricación de resortes helicoidales de y
compresión.
Fig. 2.5 Máquina CHIN YN CHANG MACHINERY
12 http://www.bristolspring.com/torsionspring.html 13 http://www.chinyn.com.tw
CARACTERÍSTICAS
φ máx. alambre 2.0 mm
Capacidad
(rev/min) 25-90
Tipo de resorte Compresión
φ máx. resorte 35 mm
Long. máx 120 mm
Paso Variable
Costo aprox. 20000 USD
CARACTERÍSTICAS
φ máx. alambre 3.0 mm
Capacidad
(rev/min) 10-30
Tipo de resorte Compresión
φ máx. resorte 15 mm
Long. máx 30 mm
Paso Variable
Costo aprox. 15000 USD
30
2.2.6 MÁQUINA BUILDWELL
La figura 2.6 muestra la máquina BUILDWELL14, y sus características técnicas
para fabricación de resortes helicoidales de compresión.
Fig. 2.6 Máquina BUILDWELL
2.3 ALTERNATIVAS Y SELECCIÓN
Se realiza un análisis de las características de la máquina para el conformado
de resortes y se propone las siguientes alternativas de selección.
2.3.1 CARACTERÍSTICAS DE LA MÁQUINA PARA FABRICAR
RESORTES15
La máquina de resortes, debe cumplir con características específicas que le
permitan tener un funcionamiento óptimo, tanto en la fabricación como en sus
cualidades relacionadas con el medio donde se va a operar y sin dejar de lado
el factor económico. Para esto se han determinado parámetros que deben
tenerse en cuenta para la selección de diferentes alternativas de los
subsistemas de la máquina:
a) Seguridad.
14 http://www.buildwell.com.tw 15 MOTT, Robert. (1992). Diseño de Elementos de Máquinas. Prentice Hall. México
CARACTERÍSTICAS
φ máx. alambre 2.5 mm
Capacidad
(rev/min) 10-25
Tipo de resorte Compresión
φ máx. resorte 20 mm
Long. máx 25 mm
Paso Variable
Costo aprox. 14000 USD
31
b) Rendimiento.
c) Facilidad de construcción y montaje.
d) Mantenimiento preventivo.
e) Facilidad de operación.
f) Costos.
g) Otros.
a) Seguridad.- Para el manejo del operario, por que se dimensiona y construye
elementos de montaje para la máquina, confiable y seguro, siguiendo una regla
básica, la seguridad está por encima de la calidad y calidad antes que la
producción.
b) Rendimiento.- Para que tenga satisfacer el proceso de fabricación de los
resortes, con un consumo óptimo de energía.
c) Facilidad de construcción y montaje.- Las partes y piezas que pertenecen
a los diferentes subsistemas factibles de construir y los elementos
normalizados que existen en el mercado, para fácil montaje y mantenimiento.
d) Mantenimiento preventivo.- Para prolongar la vida útil del reductor de
velocidades y otros subsistemas que constituyen la máquina.
e) Facilidad de operación.- Mientras el operario realice menor esfuerzo, su
rendimiento es mayor.
f) Costos.- Es un factor muy importante en el campo constructivo como
también la adquisición en el mercado local de los dispositivos a utilizar.
g) Otros.- Fue necesario realizar la visita a talleres y a empresas que se
dedican a la fabricación de resortes para tener una idea clara del trabajo que se
va realizar y referencias bibliográficas.
32
2.3.2 SELECCIÓN DEL TIPO DE SISTEMA 16
Los tipos de sistemas de conformado de resortes por placas y por tornillo sin fin
son sistemas que se refiere al mecanismo que se va a utilizar para poder
enrollar al alambre. Se consideran para este propósito estas dos alternativas:
2.3.2.1 Sistema de conformado por placas
Este tipo de conformado consta de dos placas, las cuales poseen guías en sus
extremos y están encargadas de dar el diámetro de la espira del resorte y al
mismo tiempo regula el paso entre espiras. En la figura 2.7 se encuentra el
esquema de este sistema de conformado.
La ventaja de este mecanismo es que el grado de dificultad de fabricación es
medio y con un bajo costo.
La desventaja es que tiene un estrecho nivel de tolerancia, elementos
sometidos a desgaste excesivo y no presenta facilidad para el conformado de
los extremos de forma automática.
P l a c a s g u í a sS a l i d a d e l r e s o r t e
E n t r a d a d e l a l a m b r e
Fig. 2.7 Sistema conformado por placas
16 KASANAS, H.C. Procesos Básicos de Manufactura. EPN
33
2.3.2.2 Sistema de conformado por tornillo sinfín guía
Este sistema es uno de los más utilizados debido a que el conformado es más
preciso que en el anterior. El alambre se sujeta al cilindro conformador y
cuando comienzan a girar los cilindros el alambre sigue la guía del tornillo sinfín
y comienza a enrollarse en el cilindro conformador. Este sistema se encuentra
representado en la figura 2.8.
La ventaja para este mecanismo es de mejor control en el conformado del
resorte, fácil mantenimiento y control de operación con un bajo costo de
fabricación y alto nivel de producción.
La desventaja con este mecanismo es que tiene dificultad media en el
conformado de los extremos.
R e s o r t e
C i l i n d r o c o n f o r m a d o r
E n t r a d a d e l a l a m b r e
T o r n i l l o s i n f i n g u í a
Fig. 2.8 Sistema conformado por tornillo guía
De acuerdo a los criterios descritos, se toma la decisión de optar por la
alternativa de conformado por tornillo sin fin guía, puesto que los elementos
que lo constituyen son seguros y confiables, tienen una facilidad de
34
construcción y montaje de los elementos, mayor rendimiento por su facilidad de
operación, fácil mantenimiento y por su bajo costo.
2.3.3 SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA 17
El sistema de transmisión de potencia está relacionado con el mecanismo que
se utilizará para mover los ejes (motriz – tornillo guía) previamente
seleccionados. Los principales sistemas y alternativas de transmisión, son por
bandas y poleas, por catalinas y cadena, y por engranajes.
2.3.3.1 Transmisión por Bandas y Poleas
En relación a otros sistemas de transmisión, las transmisiones por bandas y
poleas poseen un funcionamiento mucho más silencioso que una transmisión
por cadenas o engranajes, absorben choques en la transmisión, debido a la
elasticidad de la correa, transmiten potencia entre árboles a distancias
relativamente grandes de forma económica, se precisa poco mantenimiento, al
no ir engrasadas como ocurre en el caso de las cadenas o de los engranajes,
transmiten potencia entre ejes no paralelos, los costos de adquisición son
menores que en el caso de las cadenas y los engranajes, permiten cambiar
relación de transmisión fácilmente (en el caso de emplear correas planas y
poleas con forma cónica), estos pueden alcanzar velocidades elevadas en
comparación a las cadenas. En caso de que el eje de uno de los árboles quede
bloqueado, al intentar transmitir el par a través de la polea, se produce el
deslizamiento de la misma, por lo que asegura que no se produzcan daños en
la máquina.
Algunos de sus inconvenientes en el sistema es que precisan de un esfuerzo
de pretensado inicial, lo cual produce una sobrecarga inicial del eje que puede
producir problemas de fatiga. Este esfuerzo no es necesario en las correas de
tipo sincronizado, la posibilidad de deslizamiento en la transmisión con lo que la
relación de transmisión puede sufrir pequeñas variaciones, el mantenimiento es
17 VARGAS, Jaime. Apuntes de Máquinas Herramientas. EPN (2007)
35
bajo, aunque se requiere controlar el tensado de la correa. Una correa
destensada puede tener una disminución de rendimiento de hasta el 5%, o no
ser capaz de transmitir nada de potencia y las pérdidas de potencia suelen ser
elevadas, lo cual afecta directamente al rendimiento (94% - 98%), está
alternativa no pueden soportar condiciones de alta temperatura debido a los
materiales elastómeros o sintéticos empleados ya que poseen un deterioro
mayor que las cadenas o engranajes, en función de los factores ambientales:
humedad, polvo, lubricantes, luz solar,…etc. Figura 2.9.
R o d i l l o m o t r i z
P o l e a c o n d u c t o r a M o t o r e l é c t r i c o
P o l e a c o n d u c i d a
B a n d a
Fig. 2.9 Sistema de transmisión por banda y poleas
2.3.3.2 Transmisión por Catalinas y Cadena
En relación a otros sistemas de transmisión, las transmisiones por cadena
presentan algunas ventajas, como las transmisiones por correa, no existe
posibilidad de resbalamiento en la transmisión, en relación a las transmisiones
por engranaje, el peso es menor, especialmente para distancia entre ejes
medias-altas, la capacidad de transmisión es elevada por la gran resistencia de
las cadenas, las transmisiones por cadena bien engrasadas soportan bien las
condiciones ambientales adversas como el polvo o la humedad sin
deteriorarse, debido a que la transmisión se realiza por engrane no se
requieren pretensiones o tensados elevados, evitando con ello las sobrecargas
de los ejes.
36
Algunos de sus inconvenientes, con este tipo de mecanismo es que frente a las
transmisiones por correa, el sistema es más pesado, ruidoso y caro, la
velocidad máxima de la cadena es inferior a que se puede alcanzar con
algunas transmisiones por correa, el montaje y mantenimiento son más
complejos que en una transmisión por correa, (Figura 2.10)
R o d i l l o m o t r i zC a t a r i n a c o n d u c i d a
C a t a r i n a c o n d u c t o r a
C a d e n a
M o t o r e l é c t r i c o
Fig. 2.10 Sistema de transmisión por cadena y catalinas
2.3.3.3 Transmisión por Engranajes
El sistema de los engranajes también tiene sus ventajas y desventajas tiene
una mayor eficiencia en la transmisión de potencia y elevada capacidad de
transmisión de potencia.
Las desventajas para este tipo de alternativas son su elevado costo, tienen un
mayor tamaño y peso, la necesidad de un subsistema adicional para
lubricación y una mayor complejidad en el diseño y construcción. (Figura 2.11)
muestra un diagrama de un sistema de transmisión por engranajes.
37
E n g r a n a j e l o c o
R o d i l l o m o t r i z
R u e d a m o t r i z
R u e d a c o n d u c i d a
M o t o r e l é c t r i c o
Fig. 2.11 Sistema de transmisión por engranajes
Analizado las diferentes alternativas se selecciona como el sistema más
adecuado para este proyecto que es el de sistema conformado del resorte por
tornillo sin fin y el sistema de transmisión por bandas y poleas, dicho sistema
es el más conveniente para este proyecto, ya que, permite realizar el
conformado de los resortes de manera más sencilla y de bajo costo.
38
CAPÍTULO III
CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA
3.1 INTRODUCCIÓN
La máquina está dimensionada tomando en consideración la ergonomía para el
operador y facilitando la operación para una persona con medida promedio de
1.65mts de altura.
Además para su diseño se toma en consideración factores de tipo económico,
disponibilidad y adquisición de materiales. Al igual el diseño fue realizado
tomando como base algunas máquinas existentes en el mercado e industria
metalmecánica, y almacenes comercializadores de éste tipo de máquinas y
resortes, la información bibliográfica permite tener referencia de las últimas
modificaciones que han sufrido los elementos que las constituyen.
En este capítulo se dimensionan y seleccionan los elementos mecánicos
constitutivos de la máquina, sistemas de accionamiento motriz, poleas bandas,
apoyos, ejes, tornillo sin fin, cojinetes, acoplamientos y tipos de unión,
soldaduras, roscas, motor eléctrico, reductor de velocidad, materiales, equipos
y máquinas utilizadas, proceso de construcción y esfuerzos en los resortes.
3.2 PARAMETROS PARA LA CONSTRUCCIÓN
Para el análisis realizado se puso a consideración los siguientes parámetros:
Materiales, Forma, Peso, Operación, Corriente Eléctrica.
3.2.1 MATERIALES
Los materiales se seleccionan con el objetivo de elegir los adecuados, con la
ayuda de especificaciones técnicas, normas y a través de criterios de
selección.
39
Facilitando la construcción y montaje para el funcionamiento del equipo,
complementado la seguridad para el manejo del operario, para así evitar
cualquier accidente, los costos son un factor muy importante en el campo
constructivo, al igual que la adquisición de los materiales en el mercado local
de los dispositivos a utilizar. Y además el mantenimiento de la máquina
garantizará una vida prolongada útil en los mecanismos.
3.2.2 FORMA
La forma de las piezas mecánicas a construir dependerá de los elementos que
se requiera, en este caso se tiene la base del motor eléctrico; el sistema de
tensando de la banda y las placas para las chumaceras de pared, etc.
3.2.3 PESO
El peso necesario para las distintas elementos a construir, y accesorios que se
ensamblarán en la máquina dependerá de la forma y tamaño de los elementos
a unirse, en este caso se tiene la unión del acople flexible (matrimonio) al
reductor de velocidad.
3.2.4 OPERACIÓN
La máquina excepto en el arranque y para detenerse mientras se coloca
alambre en el eje motriz (alimentador) debe operarse manualmente, debe tener
fácil control y fácil acceso a partes que necesitan manteamiento.
3.2.5 CORRIENTE ELÉCTRICA
La máquina es accionada por un motor monofásico y alimentado con 110V. CA.
40
3.3 SELECCIÓN DE MATERIALES
Para la selección de materiales de las distintas partes para la construcción se
tiene que considerar los parámetros mencionados. De esta manera se
seleccionó los diversos materiales.
3.3.1 ACERO DE BAJO CONTENIDO DE CARBONO ASTM A-36
Para las distintas partes se seleccionó el acero ASTM A-36 por tener variedad
de aplicaciones, este acero pertenece a la familia de bajo contenido de
carbono, en donde se requiere una moderada resistencia junto con una
plasticidad considerable.
3.3.2 ACERO DE TRANSMISIÓN AISI 1018
Para la construcción de elementos mecánicos como el eje motriz, se
seleccionó el acero AISI 1018, este material es conocido como acero de
construcción generalmente se emplean para la fabricación de piezas, órganos
o elementos de máquinas y de construcción de instalaciones. En ellos son
fundamentales ciertas propiedades de orden mecánico, como la resistencia a la
tracción, tenacidad, resistencia a la fatiga y alargamiento.
3.3.3 ACERO ASTM A227
Los materiales utilizados para la fabricación de resortes se relacionan con las
características mecánicas requeridas, tipo de servicio, ambiente de trabajo,
temperatura de funcionamiento, conducción eléctrica, etc.
Los materiales de los resortes comerciales provienen del grupo de materiales
de alta resistencia y bajo coeficiente de pérdida, en el que se incluye el acero al
alto carbono; el acero inoxidable laminado en frío endurecido por precipitación;
las aleaciones no ferrosas y algunos no metálicos.
41
El material que se utilizará para el conformado de resortes es: acero ASTM
A227 grado B de diámetro 4.5mm (Anexo 4.1, Alambres Trefilados) por ser un
alambre de uso general, fácil adquisición y de menor costo que satisface las
especificaciones.
3.4 EQUIPO Y MAQUINARIA UTILIZADA EN LA
CONSTRUCCIÓN
Para la construcción de las distintas piezas mecánicas, se utilizaron los
siguientes equipos y máquinas.
Torno SNB-400-1500/Spannung 380 V/Motor Leistung 7.5/6.1 Kw.
Fresadora TIGER
Limadora LAX 540 / 4 velocidades de corte.
Sierra vai-ven SM MUNDUS 230
Soldadora Eléctrica MILLER / Trifásica / 220 V
Esmeril AMERICAN Electric Bench Grinber / 0.25 HP / Trifásico /
110/220V
Cortador de Plasma THERMAL DINAMICS, corta espesores hasta
5/8plg.
Amoladora PERLES 800 W
Taladradora TAGO 1600, CV:6/4, RPM: 1800/900
3.5 LA POLEA
Es toda rueda que puede girar libremente alrededor de su eje, de una recta
perpendicular a la rueda pasando por su centro. (Figura 3.1). Por el borde de la
rueda pasa una correa. En este caso el borde está acanalado para evitar que
se resbale. Las poleas pueden ser fijas o móviles según que su eje esté inmóvil
o no. Estas son de fundición gris, madera, plancha de acero, aluminio, etc.
42
Fig. 3.1 Polea
En general casi todas las poleas llevan acanaladuras salvo las que trabajan
con correas planas, o las que emplean correas. Figura 3.2
Fig. 3.2 (a) Polea para correa dentada (b) Polea montada sobre un motor
3.6 BANDAS TRAPECIALES EN “V”
Las bandas trapezoidales reciben su resistencia mediante un tejido fuerte, a
veces hilos de acero, que van embutidos en una masa de caucho (Figura 3.3
b), la transmisión por banda trapezoidal está dispuesta de tal modo que van
varias bandas unas juntas a otras. Las bandas trapezoidales suelen
suministrarlas los fabricantes, sin costuras (continuas).
43
Fig.3.3: Bandas trapeciales
a) No debe llegar al fondo de la ranura; b) Sección de una banda trapecial
3.6.1 SECCIONES
Las correas trapeciales están normalizadas designándolas por medio de letras
según su sección transversal. Se fabrican en forma de correas sin fin de varios
desarrollados para una misma sección, precisando para su utilización que la
distancia entre ejes se pueda reducir para facilitar el montaje y también se
pueda tensar después de ser colocada la banda.
Las correas se construyen en siete tipos unificados cuyas secciones se
denominan Z, A, B, C, D, E.
3.6.1.1 Aplicación –Poleas18
La transmisión del número de revoluciones en un par de ruedas accionadas por
medio de correas trapeciales permiten elevadas relaciones, llegando hacerse
i=1/12 (“i” relación de transmisión) y en algunas ocasiones más; la posición de
los ejes de las ruedas pueden ser paralelas o perpendiculares (giro a 180º),
separación grande o reducida. En estas poleas, la velocidad periférica puede
alcanzar los 25m/seg., y en determinados casos 35m/seg. en ancho reducido.
Las poleas para correas trapezoidales, están normalizadas (Anexo 5.1, Correas
Para Transmisión), se fabrican de hierro fundido, acero moldeado, de acero
forjado, y en algunos casos de chapa estampada. El ángulo que forma los
flancos de la garganta de las poleas, es de 34º, 36º y 38º; su relación con el
diámetro de referencia se observa en la tabla 3.1 18 LARBURU, NICOLAS. Máquinas Prontuario. 7ma. Edición 1995.
44
SECCIÓN Z A B C D E
lp 8,5 11 14 19 27 32
a 10 13 17 22 32 38
s 6 8 11 14 19 25
bmin 2,5 3,3 4,2 5,7 8,1 9,6
hmin 7 8,7 10,8 14,3 19,9 23,4
e 12 ± 0,3 15 ± 0,3 19 ± 0,4 25,5 ± 0,5 37 ± 0,6 44,5 ± 0,7
+ 2 + 2 + 2 + 3 + 4 f 8 ± 1 10
− 1 13
− 1 17
− 1 24
− 1 29
− 1
34º ≈ d 50 ÷ 80 75 ÷ 118 125 ÷ 190 − − −
36º ≈ d − − − 200 ÷ 280 355 ÷ 475 500 ÷ 600 β
38º ≈ d ≥90 ≥125 ≥200 ≥300 ≥500 ≥630
Tabla 3.1 Bandas y poleas en V
3.7 CÁLCULO DE LAS POLEAS Y BANDA
Los cálculos a realizarse se hacen para una correa trapecial con relación de
transmisión de 1.2 que es elegida teóricamente para el mando de reductor de
velocidades con un servicio normal. El motor a utilizarse es de 1HP que fue
tomando como referencia de algunas máquinas existentes en la industria,
empresas y talleres con una velocidad angular de salida de 1740rpm
(182.21rad/s), a continuación se describe los datos de la placa del motor
eléctrico utilizado en el prototipo. (Tabla 3.2)
CORRADI
Tipo MMCA-B 56/4 Tamaño NEMA 56
1 Fase 1 HP 1740 r.p.m. 60 Hz
115 / 230 V 17 / 8,5 A Cos δ 0,62
Nº 1080117 Máx. Amb. 40ºC Peso 13,5 kg.
Tabla 3.2 Datos del motor eléctrico
45
3.7.1 VELOCIDAD ANGULAR DE LA CONDUCIDA
La velocidad angular de la polea menor esta dada por la rotación del motor
para calcular la velocidad de la polea mayor que se determina por la relación
2
1
W
Wi = (3.1), i es la relación de transmisión; 1W es la velocidad angular de la
conductora de la polea menor y 2W es la velocidad angular de la conductora de
la polea mayor.
sradsrad
i
WW /84.151
2.1
/21.18212 === (3.1)
3.7.2 POTENCIA DE PROPORCIONAMIENTO. (Pc)
La potencia de proporcionamiento Pc se obtiene de la ecuación PFP sC *=
donde sF es el factor se servicio que es ≥ 1 (Tabla 3.3), y P es la potencia del
motor, este dato es importante para determinar el número de bandas que se va
a utilizar en la máquina para resortes.
KwKwPFP sC 88.0736.0*25.1* === (3.2)
Tabla 3.3 Factores de Servicio
Fuente: http://www.emc.uji.es/d/mecapedia/indices.htm
46
3.7.3 SECCIÓN DE LA BANDA
Para determinar la sección de la banda se observa en la figura 3.4 en base a la
potencia de proporcionamiento en Kw y la velocidad de la polea menor en
rad/seg.
El punto de intersección se encuentra en la zona Z por tanto corresponde una
banda tipo Z de 10 x 6 de ancho normal. (Tabla 3.1)
Fig. 3.4 Potencia vs Velocidad
3.7.4 DIÁMETRO PRIMITIVO DE LA POLEA MENOR
Para determinar el valor del diámetro de la polea menor se utiliza el Anexo 6.1
(Correas Trapeciales y Diámetros de Referencia) y se escoge la polea
mmD 501 = recomendadó para las correas de ancho normal. El valor de la
distancia entre ejes “ l ” es de 300mm debido a la altura del prototipo de la
máquina de resortes.
47
3.7.5 DIÁMETRO PRIMITIVO DE LA POLEA MAYOR
El diámetro de la polea mayor se obtiene de la ecuación 1
2
D
Di = en donde i es
la relación de transmisión; 1D es el diámetro primitivo de la polea menor y de
2D , diámetro primitivo de la polea mayor resulta 60mm.
mmDiD 6050*2.1* 12 === (3.3)
3.7.6 VELOCIDAD PERIFÉRICA
La velocidad periférica es un dato importante para el cálculo de la potencia
nominal el cual se obtiene de la ecuación (3.4) en donde 1W es conocido
(151.84 rad/s) de la ecuación (3.1) y 1R es el radio de la polea que se acopla
en eje del motor que es 28mm (0.028m).
smRWV /10.5028.0*21.1821*1 === (3.4)
3.7.7 ÁNGULO DE CONTACTO
Es el ángulo de contacto entre la banda y las poleas, se obtiene mediante la
ecuación l
DD
22cos 12 −
=α donde 1D y 2D son conocidos (3.3) y l es la longitud
entre ejes (300mm).
l
DD
22cos 12 −
=α
300*2
5060
2cos
−=α 0166.0
2cos =α
(3.5)
2020.0cos 1 α=− ∴ º09.178=α
º178≈α
48
3.7.8 LONGITUD PRIMITIVA DE LA BANDA
La longitud de la banda se obtiene de la ecuación
l
DDDDlL
4
)(
2
)(2
21212 −
++
+=π
donde:
l
DDDDlL
4
)(
2
)(2
21212 −
++
+=π
(3.6)
)300(4
)5060(
2
)5060()300(2
2−+++= πL
mmL 3.804=
L =804.3mm y en el mercado lo más aproximado es de 800 mm. (Anexo 6.1).
3.7.9 DIÁMETRO EXTERIOR EQUIVALENTE
Se obtiene de la ecuación 1* DFDe b= (3.7) donde bF es constante19
1* DFDe b=
mmDe 5.5650*13.11 == (3.7)
mmDe 8.6760*13.12 ==
3.7.10 POTENCIA NOMINAL
La potencia nominal permite conocer cuanto puede transmitir la banda, donde
1C ; 2C y 3C son parámetros correspondientes a bandas (Anexos 6.2, Valores
de 1C , 2C y 3C ), V es la velocidad periférica (3.4), y eD es el diámetro primitivo
equivalente (3.7).
VVC
D
C
V
CP
en **
10736.0 2
432
09.01
−−= (3.8)
KwPn 51.010.5*10.5*10
64.0
5.56
10
10.5
34.0736.0 2
409.0=
−−=
19 DON BOSCO, Fundamentos Técnicos de Mecánica. 1977
49
3.7.11 POTENCIA EFECTIVA 20
La potencia efectiva es la capacidad que una banda puede transmitir a los
elementos que lo componen, el valor se obtiene de la ecuación nee PFFP **α=
(3.9) donde αF es el valor de los coeficientes de los ángulos con º178=α (3.5)
(Tabla 3.4), eF es valor del coeficiente de corrección con respecto a la longitud
de la correa (3.6) (Tabla 3.5) y nP es la potencia nominal (3.8).
α 90º 100º 110º 120º 130º 140º 150º 160º 170º 180º
αF 0,69 0,74 0,78 0,82 0,86 0,89 0,92 0,95 0,98 1
Tabla 3.4 Valores de los coeficientes αF
Fuente: DON
BOSCO
Fundamentos Técnicos de Mecánica. 1977
Tabla 3.5 Valores de los coeficientes eF
Fuente: DON BOSCO Fundamentos Técnicos de Mecánica. 1977
20DON BOSCO, Fundamentos Técnicos de Mecánica. 1977
l Coeficiente Fe para las diferentes secciónes
mm Z A B C D E
500 0,8 − − − − −
600 0,84 0,8 − − − −
700 0,87 0,83 − − − −
800 0,9 0,86 0,8 − − −
1000 0,95 0,91 0,84 − − −
1500 1,03 0,99 0,93 0,81 − −
2000 1,07 1,05 1 0,88 − −
3000 1,13 1,08 0,97 0,86 −
4000 − 1,2 1,15 1,03 0,92 −
5000 − 1,24 1,18 1,08 0,97 0,91
6000 − − 1,23 1,12 1 0,95
7000 − − 1,26 1,15 1,04 0,98
8000 − − 1,19 1,07 1,02
9000 − − 1,21 1,09 1,04
10000 − − 1,23 1,11 1,06
15000 − − − 1,2 1,15
20000 − − − − 1,21
50
nee PFFP **α= (3.9)
KwPe 5.051.0*90.0*1 ==
3.7.12 NÚMERO DE BANDAS
El número de bandas se calcula con la ecuación e
c
P
Pnc = (3.10), que es la
relación entre la potencia de proporcionamiento CP y la potencia efectiva eP
que una banda puede transmitir.
e
c
P
Pnc = (3.10)
5.0
88.0=nc
76.1=nc ∴ Por lo que se selecciona una banda trapecial Z 800
3.8 SISTEMA DE ACCIONAMIENTO MOTRIZ Y DE
TRANSMISIÓN DE LAS MÁQUINAS 21
El sistema motriz de las máquinas permitirá dotarle de los movimientos
necesarios para garantizar su funcionalidad. Se obtiene mayoritariamente
desde un electromotor convenientemente ubicado y cuyo movimiento es
trasladado por cualquier sistema de transmisión, para proporcionar la
funcionalidad correspondiente de trabajo a la máquina.
3.8.1 ACCIONAMIENTO DEL EJE MOTRIZ A SU CONJUGADO
INMEDIATO (POLEA)
Cuando el motor es ubicado en la parte más conveniente del sistema
estructural, es necesario que su eje motriz transmita el movimiento a su
inmediato conjugado, que puede ser una polea o un engranaje. Esta
transmisión se logra utilizando un elemento mecánico denominado elemento de
transmisión (Figura 3.5).
21 VARGAS, Jaime. Apuntes de Máquinas Herramientas. EPN
51
Fig. 3.5 Primer escalón de accionamiento del movimiento
3.8.1.1 Relación de Transmisión
La relación de transmisión es necesaria para calcular la velocidad en el sistema
de conformado, la velocidad del motor con respecto a la velocidad de salida del
reductor de velocidades hacia el eje motriz, este se obtiene mediante la
ecuación 1
2 *
De
nDeN = (3.11) en donde N es el número de rpm de la polea
mayor; n número de rpm de la polea menor; 1De es el diámetro exterior de la
polea mayor y 2De diámetro exterior de la polea menor.
La velocidad del motor es de 1740rpm, los diámetros de las poleas de 68 y
56mm (3.3).Se necesita saber la velocidad de la polea conducida para
relacionar su salida con la del motor reductor.
1
2 *
De
nDeN = ⇒
2
1 *
De
NDen =
68
1740*56=n
rpmn 1432= (3.10)
52
Del reductor de velocidades se conoce la relación de transmisión 1/50 (Anexo
7.1, Cuadro de Selección de Reductores), a la caja ingresa con una velocidad
de 1432rpm y utilizando la ecuación (3.1) se calcula la velocidad de salida:
rpmnn
rev
n
Ni 28
min/1432
1
50 =⇒=⇒=
3.9 APOYOS DE ÁRBOLES Y EJES22
En las máquinas se llaman apoyos las partes fijas sobre las cuales se apoya
un árbol giratorio o un eje. Los apoyos (cojinetes) soportan la carga del árbol y
la transmiten a los cimientos o bastidor (bancada) de la máquina. El cuerpo del
cojinete se suele fabricar como una construcción independiente o en una sola
pieza con la bancada.
Según sea la dirección de la carga a soportar los apoyos se dividen en
cojinetes que soportan fundamentalmente la carga radial, en muñoneras que
soportan las fuerzas axiales, y en cojinetes radial-axiales que sirven para
soportar una carga combinada.
Los árboles y ejes son elementos de máquinas sobre los cuales se montan las
partes giratorias de las máquinas, resultando ser los verdaderos ejes
geométricos de estas partes en rotación. Los árboles, a diferencia de los ejes,
además de sostener los elementos giratorios trasmiten momentos torsores, por
consiguiente, los árboles resultan cargados, no solo por esfuerzos normales
debido a los momentos flectores, sino también, por esfuerzos tangenciales
generados en toda la longitud o en sectores aislados del árbol.
3.9.1 COJINETES MONTADOS (CHUMACERA)23
En muchos tipos de maquinaria pesada y máquinas especiales que se fabrican
en cantidades pequeñas, se seleccionan cojinetes montados en lugar de los
que no están montados. Los cojinetes montados incorporan métodos para unir
la unidad de cojinetes directamente al armazón de la máquina mediante
22 VARGAS, Jaime. Apuntes de Máquinas Herramientas. EPN 23 MOTT, Robert. (1992). Diseño de Elementos de Máquinas. Prentice Hall. México.
53
tornillos, en lugar de insertarlos en una ranura que se maquina en la carcasa
como sucede con los cojinetes no montados.
La figura 3.7 muestra la configuración más común para un cojinete montado, la
caja de chumacera. La carcasa se fabrica con acero forjado, hierro fundido o
acero fundido con orificios o ranuras que se hacen para conexión durante el
ensamble de la máquina, momento en el cual se ajusta la alineación de la
unidad de cojinetes. Los cojinetes pueden ser, de rodamientos ahusados o de
rodamientos esféricos que son los más usados. La capacidad de desalineación
es una consideración importante en la aplicación debido a las condiciones en
que se van a utilizar.
Fig. 3.7 Caja de chumacera con cojinete de esferas.
Los catálogos presentan información de la capacidad para soportar carga que
corresponde a valores de vida útil específicos.
En la figura 3.8 se muestran formas de cojinetes montados. Las unidades
provistas de reborde se diseñan para montarse en los armazones verticales
laterales de máquinas, para que sostengan flechas o ejes. En el mercado se
dispone de varios tipos y tamaños.
54
(a) Cojinete provisto de pestaña (b) Cojinete de compensación
Reborde con cuatro tornillos
(c) Armazones de compensación para ángulo superior
Fig. 3.8 Formas de cojinetes montados.
El termino unidad de compensación se refiere a un cojinete que se monta en
una carcasa que permite el movimiento del cojinete con la flecha en su lugar.
La unidad de compensación, que se emplea en transportadores, impulsores de
cadena, impulsores de banda y aplicaciones similares, permite ajustar la
distancia central de los componentes del impulsor en el momento en que se
instala durante la operación para absorber el desgaste o la contracción de las
piezas ensambladas.
Por requerimientos de trabajo, se debe elegir rodamientos de buena calidad,
menor rozamiento a altas velocidades, funcionamiento silencioso y al estar
expuestos a polvo deben ser sellados.
Este elemento mecánico es seleccionado de acuerdo al diámetro del eje que es
de 19mm, medida de chumacera con el diámetro interno que se requiere y las
tolerancias de acuerdo con la tabla 3.6
55
Tabla 3.6 Tolerancias adecuadas en aplicaciones de rodamientos radiales de bola para ejes
Fuente: A.L.Casillas, Cálculo de Taller
Los rodamientos tienen soportes de fundición gris (chumaceras), estos
rodamientos se los monta en el eje en condiciones de temperatura ambiente
debido a que el sistema eje - rodamiento trabaja solo para bajas cargas. Por
consiguiente el diámetro de este eje se encuentra en la tabla 3.5 entre los
límites de 18 a 30, el cual este rodamiento tiene los siguientes datos:
Diámetro interno: 19mm
Limite superior: +0.011
Límite inferior: +0.002
Datos con los cuales se adquiere los rodamientos en el mercado como (FL204-
NBR), para el prototipo que se está construyendo. (Figura 3.6)
56
(a) (b)
Fig. 3.6 a) Chumacera de piso; b) Chumacera de pared
3.9.2 RELACIÓN ENTRE CARGA Y VIDA ÚTIL
Para fabricarlos se utilizan aceros muy resistentes, todos los cojinetes tienen
una vida útil limitada y en algún momento presentarán fallas por fatiga debido a
la considerable tensión por contacto a la que se les somete. Sin embargo,
como es obvio, cuanto más ligera sea la carga más prolongada será la vida útil
y viceversa. La relación entre carga, P, y vida útil, L, para cojinetes de contacto
giratorio se puede establecer en los términos siguientes.
k
P
P
L
L
=
2
1
1
2 (3.12)
Donde k= 3.00 para cojinetes de esfera y k= 3.33 para cojinetes de rodillos
giratorios.
3.10 ACOPLAMIENTO FLEXIBLE 24
Los acoplamientos son sistemas de transmisión de movimiento entre dos ejes o
árboles, cuyas misiones son asegurar la transmisión del movimiento y absorber
las vibraciones en la unión entre los dos elementos. Para llevar a cabo tal
función se utilizará del acoplamiento mecánico rígido de manguito con
prisionero.
24 SHIGLEY J., MISCHKE C. 2002. Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill.
57
3.10.1 ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS DE MANGUITO CON PRISIONERO
Estos acoplamientos cierran o ajustan por interferencia, mediante los tornillos
que se ven en la figura 3.9 algunos suelen poseer una chaveta o un prisionero
común a ambos ejes, sin embargo es usual que estos casos se empleen en
transmisiones de baja potencia o bajo torque. Los que tienen un ajuste
preponderante por interferencia suelen tener los prisioneros con cabeza de
forma hexagonal para que se incrusten mejor en el eje, a su vez los ejes en los
extremos deben tener algún ligero rebaje para efectuar el ajuste en forma
gradual, sin embargo se puede permitir cierto desajuste o juego axial.
Fig. 3.9 Acoplamientos Rígidos
3.11 TORNILLO SIN FIN GUÍA 25
La rosca de tornillo es un elemento que se emplea en pernos, tuercas, tornillos
de cabeza, tirafondos y elementos semejantes, y en ejes o piezas similares
usadas para transmitir energía o para ajuste.
Las roscas se basan en una hélice cilíndrica o cónica y un filete triangular,
rectangular, trapezoidal o redondo que se fabrica tanto en el eje como en el
orificio que pretenden unirse.
25 FRENCH, Thomas. (1990).Dibujo de Ingeniería. McGraw Hill.
58
Los elementos básicos de una rosca o hilo son el diámetro exterior, el diámetro
interior, el paso, el tipo de hilo, el sentido de avance, la cantidad de entradas y
el ajuste. Los diámetros interior y exterior limitan la zona roscada; el paso es el
desplazamiento axial al dar una vuelta sobre la hélice; el tipo de hilo es
determinado por el tipo de filete y el paso, existiendo un gran número de hilos
estandarizados. (Figura 3.10). El sentido de avance puede ser derecho o
izquierdo.
Fig. 3.10 Terminología de las roscas para tornillos
La cantidad de entradas indican cuántas hélices están presentes.
Generalmente sólo hay una hélice presente. Por ejemplo si se desea unir una
tuerca a un perno, se tiene una oportunidad por vuelta, o sea, una entrada; en
tapas de frascos y bebidas se desea una colocación fácil y se utilizan 3, 4 o
más entradas, es decir 3, 4 o más hélices presentes. Esto necesariamente
aumenta el paso, lo cual no es conveniente en un elemento que debe
permanecer unido. (Figura 3.11)
Fig. 3.11 Roscas múltiples
59
Que para una rosca simple o de una entrada, el avance y el paso tienen
valores idénticos, para esté proyecto se utiliza paso 4,5 (Anexo 8.1, Rosca
Métrica); para una rosca de dos entradas el avance es igual al doble del paso,
y para una de tres entradas, el avance es igual al triple del paso.
3.12 MOTOR ELÉCTRICO 26
Un motor eléctrico (figura 3.12) es un dispositivo rotativo que transforma
energía eléctrica en energía mecánica,
Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y demás aplicaciones
que no requieran autonomía respecto de la fuente de energía, dado que la
energía eléctrica es difícil de almacenar.
Fig. 3.12 Motor eléctrico
3.12.1 CAMBIO DE GIRO
Para efectuar el cambio de giro de los motores eléctricos de corriente alterna
se siguen los siguientes pasos:
3.12.1.1 Para Motores Monofásicos
Para éste tipo de motores es necesario invertir las terminales del devanado
entre sí.
26 REF. http://es.wikepedia.org/wiki/
60
3.12.1.2 Para Motores Trifásicos
En éste caso es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación
correspondientes a las fases "A" y "C" de acuerdo a la secuencia de fases.
3.13 REDUCTOR DE VELOCIDAD 27
Los reductores de velocidad son apropiados para el accionamiento de toda
clase de máquinas y aparatos de uso industrial, que necesitan reducir su
velocidad en una forma segura y eficiente, (figura 3.13). Las transmisiones de
fuerza por correa, cadena o trenes de engranajes que aún se usan para la
reducción de velocidad presentan ciertos inconvenientes. Al emplear
reductores se obtiene una serie de beneficios sobre estas formas de reducción.
Algunos de estos beneficios son:
Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en la potencia transmitida
con una mayor eficiencia en la transmisión de la potencia suministrada por el
motor y mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos en el
mantenimiento, menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje.
Fig. 3.13 Reductor de velocidad
3.13.1 MANTENIMIENTO 27 http://www.monografias.com/trabajos/seguinfo.sthtml
61
Los engranajes, casquillos y rodamientos de los reductores de velocidad están
lubricados habitualmente por inmersión o impregnados en la grasa lubricante
alojada en la carcasa principal. Por lo tanto, el mantenimiento pasa por revisar
el nivel de aceite antes de la puesta en marcha. La carcasa tendrá visibles los
tapones de llenado, nivel y drenaje del lubricante, que deben estar bien
sellados.
Debe respetarse el tipo de lubricante recomendado por el fabricante, que suele
ser el más adecuado a su velocidad, potencia y materiales constructivos.
3.14 SOLDADURAS DE LÁMINAS METÁLICAS 28
La soldadura en láminas de acero usualmente es más larga que las
necesitadas para juntas de resistencias. Por lo tanto el principal esfuerzo es
evitar las descolgaduras durante la soldadura, con velocidades de avance
rápidas, con mínimos saltos y partes no soldadas. Las velocidades más rápidas
se obtienen posicionando el trabajo 45° a 75° pendi ente abajo.
3.14.1 PLACAS DE ACERO 3/16"(4.7MM) Y MAS GRUESAS
Las soldaduras en placas son fabricadas mejor con el trabajo en posición plana
por dos razones:
a) La manipulación del electrodo por parte del operador es más fácil en la
posición plana
b) Las juntas planas se convierten en soldaduras de relleno rápido, lo cual
tiene la ventaja de la tasa de deposición alta de los electrodos con polvo
de hierro. (figura 3.14)
28 GRANJA, Mario. Guía de Soldadura. EPN
62
3” Por minuto 11” Por minuto 12” Por minuto
Vertical ascendente Horizontal Plana
Fig. 3.14 Efecto de la posición en la velocidad de soldadura de filetes.
3.14.2 ELECTRODOS ALTERNATIVOS
Cuando los electrodos recomendados no son disponibles o cuando son
preferidos por los soldadores, los siguientes electrodos pueden ser sustituidos
usando el mismo procedimiento básico.
Clase Recomendado Alternativa
E6010 DC Fleetweld 5p E6011
E6011 AC Fleetweld 35 E6010
E6012 DC Fleetweld 7 E6013
E6013 AC Fleetweld 37 E7014
3.14.2.1 Solidificación
Con electrodos E6010 o E6011, se usa una técnica de sobrecoger rápida con
un ligero movimiento circular en el cráter para llenar la separación de la raíz.
Cuando se suelda con electrodos de solidificación rápida, sujete un arco 1/8” o
más corto. Mueva tan rápido como sea posible mientras se mantiene una
buena fusión. Use corrientes en medio del rango de los electrodos.
Con electrodos E6012 o E6013, se usa la técnica de tejido poco rápida para
llenar la separación de la raíz.
63
3.15 PROCESO DE CONSTRUCCIÓN
La construcción se realizó tomando como base algunas máquinas existentes
en industria, talleres de elaboración de resortes y empresas visitadas.
Recopilado lo mejor de cada una de estas fuentes de información y
aprovechando los recursos existentes en el medio, la máquina tiene los
siguientes elementos que lo constituyen.
Para el proceso de construcción de las piezas se hace con los materiales
seleccionados de acuerdo a las medidas especificadas en los planos (Anexo 9,
Hojas de Procesos y Anexo 10, Planos de Construcción). La construcción
incluye proceso de corte, arranque de viruta, ajustaje y soldadura.
3.15.1 DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES
La máquina es un prototipo en donde se construye diferentes piezas mecánicas
que se unen por medio de métodos de construcción y unión tales como la
soldadura, pernos. El propósito fundamental de esta máquina es conformar
resortes (enrollar), a través del eje motriz (alimentador), y el tornillo guía.
La máquina es accionada por un motor monofásico de 1Hp de Potencia, que
provee el movimiento al reductor de velocidades, y se encuentran acoplados
por medio de poleas y una banda, está dotado de un sistema de guía necesario
al momento de realizar el proceso para evitar que las espiras del resorte se
deformen, en la figura 3.15 se puede observar el prototipo construido.
Fig. 3.15 Prototipo construido
64
3.15.2 ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA
Es una estructura de acero sólida que fue unida mediante soldadura y soporta
el peso del reductor de velocidades, motor eléctrico, eje roscado, eje motriz,
chumaceras, acoplamientos de manguito y los distintos componentes, además
es estable para facilitar su operación, el peso total de la máquina es
aproximadamente de 55 kilos.
Tiene una longitud de 1000mm por 250mm de ancho y con una altura de
809mm, por esta razón se optó por construir la estructura de ángulo L
50.8x50.8 espesor 6mm conjuntamente con tubo cuadrado de 40x40 espesor
de 2mm de acero ASTM A36, tanto para las columnas y las vigas debido a que
tiene una estabilidad acorde al peso de los elementos montados y su bajo
costo.
Para construir el soporte, se debe tomar ciertos factores con lo que se hará
esencialmente útil factores como; seguridad tanto para el usuario como para el
equipo, solidez para el apoyo de elementos y el funcionamiento de la misma.
La base donde se apoya el motor reductor y chumaceras, está hecha de
ángulos, las columnas de soporte y las vigas están soldadas sobre la mesa de
soporte quedando como una sola estructura. (Figura 3.16)
Fig. 3.16 Soporte
65
3.15.3 SISTEMA DE TRANSMISIÓN
En la figura 3.17 se indica, como está constituido el sistema. Esta comprendido
por dos poleas, una de 68mm acoplada al eje de entrada del motor reductor y
una de 56mm acoplada al eje del motor, las que están unidas por una banda
trapezoidal de 31’’ para la transmisión de movimiento.
Fig. 3.17 Sistema de transmisión
3.15.4 SISTEMA DE CONFORMADO
El conformado del alambre se realiza a través de un eje motriz y un tornillo
guía, que se encuentran sujetos al soporte por medio de elementos mecánicos
(Chumaceras). Este sistema consta de un motor eléctrico acoplado por medio
de una banda y dos poleas, el movimiento es transmitido al reductor de
velocidad que a su vez da el movimiento al eje motriz, el cual está acoplado por
medio de una unión de manguito Figura 3.18
Fig. 3.18 Unión por manguito (Acople Flexible)
66
3.15.4.1 Eje Motriz o de Transmisión
Está fabricado con acero A-36 (acero de bajo contenido de carbono), de 42mm
de diámetro con una longitud de 700mm (Anexo 8, plano 106) presenta una
ranura en uno de los extremos para que se acople al eje de salida del motor
reductor por medio del acoplamiento flexible chaveta-chavetero y dos agujeros
de diámetro 4.5mm que tiene como función enganchar el alambre para dar
comienzo al conformado del resorte con un sentido de la hélice derecho e
izquierdo que se encuentra a los extremos del eje motriz. (Figura 3.19)
Fig. 3.19 Eje motriz y tornillo guía o sinfín
El eje motriz se dispone horizontalmente con la chumacera acoplada en el
extremo derecho de la estructura de la máquina y el motor reductor en el
extremo contrario, por medio del acople flexible, esto facilita la salida del
resorte ya terminado, al igual que facilita el montaje, operación y el
mantenimiento, lo que representa una mejor utilización del motor y un menor
espacio para la máquina.
3.15.4.2 Tornillo Guía
Fabricado en acero AISI 1018 (acero de transmisión) de 45mm de diámetro
exterior y 42mm de diámetro interior debido a que el diámetro del eje motriz es
42mm por lo tanto para que su funcionamiento sea adecuado los ejes deben
tener los mismos diámetros, con una longitud de 400mm, (debido a que el
resorte para desenrollar se debe invertir el giro del sistema para que al finalizar
Eje Motriz
67
el proceso el resorte tenga una longitud de 300mm y pueda salir del
alimentador. (Anexo 8, plano 109)
Tiene una rosca triangular de paso 4.5 (Anexo…. Rosca Métrica) debido a que
el alambre para resortes es de 4.5mm de diámetro, la cual es apropiada para el
tipo de trabajo que va a realizar, permite el deslizamiento del alambre por
medio del eje motriz, tiene forma tubular para facilitar el ensamble de los
tornillos con hélice derecho e izquierdo, la cual permite su giro y así trabajar
como un tronillo sin fin.
Se encuentra sujeto al soporte de las placas por medio de chumaceras de
pared, como se muestra en la figura 3.20, estos apoyos facilitan su giro y
mantienen centrado el tornillo mientras se realiza el proceso de conformado.
Fig. 3.20 Tornillo guía
3.15.4.3 Base del Motor Eléctrico
Esta base es una placa de 150x185 espesor de 5mm (Anexo 8, plano113),
ubicada en la parte inferior de la mesa de soporte se encuentra unido a este
por medio de una bisagra de 25mm de diámetro con una longitud de 950mm
(Anexo 8, plano 110) a uno de las vigas que tiene la facilidad de desplazarse
para templar la banda. (Figura 3.21)
Tornillo Guía
68
Fig. 3.21 (a) Placa del motor (b) Base del motor
3.15.4.4 Sistema de tensado de la banda
Se ha implementado un sistema de tensado de la banda compuesta por un
gancho en forma de “J” que es un tornillo M10x1.5mm normalizado y con una
longitud de 150mm (figura 3.22) que se adopto al prototipo, este gancho va
sujeto a la base del motor e introducido con un orificio que se encuentra junto a
la viga en forma de H, para poder tensar las correas se debe ir ajustando
paulatinamente la tuerca hasta verificar un tensado acorde a la distancia entre
poleas. (Anexo 8, plano 001)
Fig. 3.22 Gancho forma de “J” M10x1.5
Base del Motor (Placa)
Soporte de la placa-motor
69
3.15.5 SISTEMA ELÉCTRICO
El sistema eléctrico es necesario debido a que entrega la Potencia y Torque
necesario para transmitir el movimiento al tornillo guía para el conformando del
resorte.
Un motor eléctrico monofásico de 1Hp el cual provee el torque necesario para
el giro del eje motriz (figura 3.23). La alimentación de este motor se la hace por
medio de alambre gemelo # 12 AWG que son suficientes para la corriente de
20A que requiere de el motor en el arranque, va provisto de un switch ojo de
cangrejo de 6 bordes de 20 Amperios para cambiar el sentido de giro.
Fig. 3.23 Motor monofásico
En el tablero es necesario ubicar el pulsador ON, OFF y el switch para invertir
el giro, en la cual la inversión de giro sirve para que el resorte conformado se
desenrolle del eje motriz y así poder salir con facilidad, tanto en resorte
derecho e izquierdo. (Figura 3.24)
Fig. 3.24 Tablero del pulsador y el switch
70
3.16 ESFUERZOS EN EL RESORTE
Un resorte helicoidal para torsión tal como el de la Figura 3.26, se utiliza para
accionar una puerta enrollable, las dimensiones están dadas por los
requerimientos de los usuarios. El resorte será construido con acero estirado
duro ASTM A227, con un diámetro de alambre de 4.5mm y 65 espiras.
Fuerza máxima y desplazamiento máximo en condiciones estáticas. Los
diseñadores establecen un coeficiente de seguridad 3.
El diámetro de la varilla donde se montará el resorte y en consecuencia el
diámetro del resorte.
Si el resorte tiene que soportar 510 ciclos de carga, la cual será el momento
máximo de fatiga.
75
58,5
Ø49,5
4,5
4,5
Fig. 3.25 Resorte helicoidal de torsión.
71
3.16.1 LONGITUD DEL ALAMBRE NECESARIO
Para comenzar con la elaboración del resorte se debe tener en cuenta la
cantidad de material que se va a utilizar para hacer más fácil el trabajo y
obtener menor desperdicio. Para esto se utiliza la ecuación (1.10)
NRl ..2π=
65*27.2π=l
mml 99.11026= (3.13)
3.16.2 CARGA MÁXIMA
Para determinar la carga máxima, es necesario establecer algunos datos y una
estrategia de análisis apropiada. Determinado el valor de la tensión máxima
permisible.
La tensión máxima de rotura se puede obtener de la ecuación m
put
d
AS = (1.11),
para lo cual se tienen que tomar los valores de pA y el exponente m, que
permite obtener los factores y exponentes para determinar la tensión de rotura
en función del tipo de alambre, utilizando los datos para la tensión máxima de
la tabla 1.3 se encuentra que:
MPad
AS
m
put 1311
5.4
1750192.0
=== (3.13)
Para determinar el valor de la resistencia a la fluencia se utiliza la siguiente
ecuación ututY SkS *= 29, donde utk es una constante que depende del material
y utS es la tensión máxima a la rotura (3.13), utk se obtiene de la tabla 3.7
ututY SkS *= (3.14)
1311*78.0=YS
29 SHIGLEY J., MISCHKE C. 2002. Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill.
72
MPaSY 1022=
Material Fuente Kut
Alambre de piano, aceros al carbono trefilados en frío Shigley 0,78
Aceros al carbono y baja aleación (T y R en aceite) Shigley 0,87
Aceros inoxidables austeníticos y aleaciones no ferrosas Shigley 0,61
Aceros al carbonó y baja aleación Hamrock 0,7
Aceros al carbono (Sin mayores conocimientos) Hamrock 0,6
Tabla 3.7 Coeficientes de relación entre tensiones de rotura y fluencia
Si se desconocieran detalles específicos de material, esto es si el material es
una duda, es recomendable el empleo de un coeficiente más bajo de 0.60
como sugiere Hamrock.
El índice del resorte se calcula con la ecuación (1.3)
wm DDC /=
5.4/54=C
12=C (3.15)
El momento flector viene dado por la ecuación elPM *= , donde P es la carga
y el es la longitud de los extremos del resorte (fig. 3.24)
elPM *=
[ ]mNPM .075.0*= (3.16)
Entonces se procede a encontrar la carga con la ecuación
33
32
32/ w
b
w
bbb
D
MK
D
MK
Z
MK
I
McK
ππσ ==== (1.4) y la ecuación
)1(4
14 2
−−−
=CC
CCKb
(1.5), donde despejando y remplazando datos (3.15) y (3.16) se obtiene:
73
S
Y
n
S
CC
CC
D
M =
−−−=
44
14*322
2
3πσ
( )N
CCln
CCdSP
S
Y 3.38)14(32
442
1
23
=−−
−=
π (3.17)
La cantidad de espiras activas se obtiene mediante la ecuación eba NNN +=
(1.8)
=+
+=+=D
llNNNN beba π3
)( 21
3.650585.0*3
075.0075.065 =++=
πaN (3.18)
# de espiras 65
3.16.3 DESPLAZAMIENTO ROTACIONAL
La rotación máxima se obtiene según la ecuación (1.6) es:
radEd
MDN
EI
DNM aarad 27.8
0045.0*10*07.2
3.65*0585.0*075.0*3.38*6464)(4114
====πθ
o8.473180 == radgrad θπ
θ (3.19)
La constante de resorte se obtiene mediante la ecuación rad
MK
θθ = (1.7) donde:
M (3.16) y radθ (3.19) son datos conocidos.
mNM
Krad
*347.027.8
075.0*3.38 ===θθ (3.20)
74
3.16.4 DIÁMETRO INTERNO
Para calcular el diámetro interno ante la carga máxima actuante se debe
emplear la ecuación ac
iaic N
DND = (1.9), donde icD diámetro interno de la carga;
iD diámetro interno de la espira; acN número de espiras activas cargadas y aN
número de espiras activas
ac
iaic N
DND = (1.9)
Se conoce el número de espiras activas y el diámetro interno, se desconoce el
número de espiras activas cargadas. Este número está asociado a la
deformación que sufre el resorte, lo cual implica conocer la rotación que ya se
conoce pero con unidades que se puedan relacionar con el número de vueltas.
62.662
27.83.65
2=+=
+=+=ππ
θθ lNNN radavueltasaac “30”
mmmDic 48048.062.66
)0045.00585.0(3.65 ==−=
Esto significa que el diámetro de la varilla que soporta al resorte debería ser de
48mm, mientras que el diámetro interno del resorte es de 49.5mm.
3.16.5 RESISTENCIA A LA FATIGA
Para determinar la capacidad de resistencia ante una carga cíclica. Siendo que
la vida supuesta del resorte alcanza unos 100000 ciclos de carga, se puede
emplear el criterio de vida de alto ciclaje. En estas circunstancias es necesario
establecer la recta logarítmica de falla por fatiga. 31
30 HAMROCK, Bernad (2000). Elementos de Máquinas. 1ra Edición. Mc Graw Hill. México 31 SHIGLEY J., MISCHKE C. 2002. Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill.
75
Para bajo ciclaje se tiene de la tabla 3.8:
Tabla 3.8 Resistencia a la fatiga “bajo ciclaje”
Y para vida infinita la tabla 3.9:
Tabla 3.9 Resistencia a la fatiga “alto ciclaje”
Un material esta desarrollando esfuerzos variables según pasa el tiempo, este
va perdiendo resistencia gradualmente al pasar el número de ciclos de
variación, esta disminución en la resistencia sucede hasta 610 ciclos con
aceros y las aleaciones ferrosas, el resto de los materiales más conocidos
como materiales no ferrosos continúan disminuyendo su resistencia hasta
llegar a cero.
085.050.0
90.0log
3
1
'
'log
3
1 −=
−=
−=
e
LS S
SB (3.21)
327.35.0
90.0log
'
)'(log
22
=
=
= ut
e
LS S
S
SC (3.22)
SB y SC se utiliza para calcular la resistencia a la fatiga de un material a través
de la ecuación con una falla del resorte a 100000 ciclos:
[ ] SS BT
Cf NS 10' = (3.23)
MpaS f 798' =
eS ' 0.90 uS Flexión
eS ' 0.75 uS Axial
eS ' 0.72 uS Torsión
eS ' 0.50 uS Flexión
eS ' 0.45 uS Axial
eS ' 0.29 uS Torsión
76
Teniendo en cuenta que σσ =max y 0min =σ , luego las tensiones alternantes y
media son:32
22minmax σσσσ =−=a (3.24)
22minmax σσσσ =
−=m (3.25)
Luego empleando el criterio de Goodman que gráficamente se representa por
una línea quebrada en el gráfico de tensión media frente a tensión alternante.
Para tensiones alternantes elevadas la línea coincide con la del criterio de
Goodman, mientras que para tensiones alternantes pequeñas, es representada
por la línea de fluencia. Cualquier punto con una combinación de tensiones
media y alternante a la izquierda de la línea quebrada resistirá, mientras que
uno a la derecha de la línea fallará según este criterio. (Figura 3.26)
Fig. 3.26 Criterio de Goodman
Fuente: http://www.emc.uji.es/d/mecapedia/indices.htm
.7.3301
MPanSS sut
m
e
a =⇒=+ σσσ (3.26)
La carga máxima por el riesgo de fatiga será:
NCCl
CCdP
CC
CC
D
M18.37
)144(32
)44(*
44
144*322
1
23
2
2
3=
−−−=⇒
−−−= πσ
πσ
32 SHIGLEY J., MISCHKE C. 2002. Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill.
77
El momento máximo será:
[ ]mNlPM .78.2* == (3.27)
3.16.6 ÁNGULO DE ESPACIAMIENTO ( λ )
Con la ecuación
= −
mD
p
πλ 1tan (1.13) donde; p es el espaciamiento y mD es
el diámetro medio del resorte, se calcula el ángulo de espaciamiento del
resorte:
0265.054
5.4tan 1 =
= −
πλ
º5.1=λ (3.28)
78
CAPÍTULO IV
PRUEBAS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 PROCESO DEL CONFORMADO DEL RESORTE
El proceso que realiza la máquina de resorte para su conformación total se la
puede indicar en 5 pasos, así se tiene:
Colocar el tornillo guía ya sea derecho e izquierdo y verificar el sentido de giro
para ambos casos del proceso.
Para conformar el resorte, colocar cualquier extremo del alambre en el eje
motriz con una longitud de 20mm aproximadamente.
Encender la máquina y sostener el alambre firmemente haciendo presión hacia
el tornillo guía hasta terminar el proceso de conformado.
Apagar la máquina para invertir el giro del motor eléctrico, y así poder sacar el
resorte, debido a que se encuentra enrollado con una presión moderada en el
eje motriz.
Cortar el extremo del alambre con amoladora y proceder a retirar el resorte del
eje motriz.
4.2 PRUEBAS
Una vez montada la máquina, haber verificado que todas las piezas son de fácil
acoplamiento y que no presenta ningún inconveniente al momento del montaje
y desmontaje, se procedió a las pruebas. Estas fueron realizadas en
situaciones reales y tomando en cuenta las medidas definitivas que debe tener
un resorte que va ser conformado.
79
El proceso que realiza el resorte para su conformación total se la puede indicar
en 5 pasos, así se tiene:
Colocar el tornillo guía ya sea derecho e izquierdo, verifique el sentido de giro
para ambos casos del proceso.
Para conformar el resorte colocar cualquier extremo del alambre en el eje
motriz una longitud de 20mm aproximadamente.
Encender la máquina y sostener el alambre firmemente haciendo presión hacia
el tornillo guía hasta terminar el proceso de conformado.
Apagar la máquina para invertir el giro del motor eléctrico, para poder sacar el
resorte, debido a que el resorte se encuentra enrollado con una presión
moderada en el eje motriz.
Cortar el extremo del alambre con la amoladora y se procede a retirar el resorte
del eje motriz.
4.2.1 PRIMERA PRUEBA
La primera prueba fue realizada para verificar tres aspectos importantes como
la estabilidad de la máquina, alineación entre el eje motriz y el tornillo guía, y
verificar que el rozamiento sea ideal para que el material sea arrastrado
satisfactoriamente por el tornillo guía. Figura 4.1
Fig.4.1 Prueba 1
80
4.2.2 SEGUNDA PRUEBA
La segunda prueba consistió fue de elaborar una parte del resorte para
comprobar que el reductor de velocidades tenga una velocidad y fuerza
necesaria para envolver el resorte en el eje motriz, y este ofrecía una velocidad
baja y una fuerza acorde a lo requerido, siendo fácil manipular el alambre al
momento de realizar el conformado del resorte. Figura 4.2
Fig. 4.2 Prueba 2
4.2.3 TERCERA PRUEBA
La tercera prueba consistió en elaborar otra parte del resorte se realizó en el
sentido contrario y quedando así demostrado que el resorte puede ser
elaborado en ambos sentidos derecho e izquierdo. Figura. 4.3
Fig. 4.3 Prueba 3
81
4.2.4 PRUEBA DEFINITIVA
Una prueba definitiva fue la de seleccionar un operador mecánico para que
realice este trabajo, cambiar el giro a la máquina, pero después de haber
realizado algunos resortes (cuatro resortes) el operario tenia una idea clara del
trabajo que estaba realizando y obteniendo mayor destreza para la elaboración
de este tipos de resortes. Figura 4.2
Antes Después
Fig. 4.2 Prueba 4
Las pruebas fueron satisfactorias con lo que la máquina brinda las facilidades
para la elaboración de este tipo de resortes y que el operario puede fabricar un
resorte que es útil y con la misma calidad a los requeridos en el mercado.
(Figura 4.3)
(a) Resorte con sentido de
hélice izquierdo
(b) Resorte con
sentido derecho
Fig. 4.3 Resortes en el Mercado
82
Las pruebas mencionadas fueron realizadas antes de dar un acabado
superficial a la máquina (pintura) debido a que si por algún motivo se tenía que
modificar o elaborar una nueva pieza para su mejor funcionamiento de la
misma.
4.3 CONCLUSIONES
Después de haber construido la máquina se llegó a varias conclusiones entre
las más importantes se tiene:
Con la construcción de la máquina se han alcanzado los objetivos planteados
en este proyecto; y demostrar que es factible construir máquinas de buena
calidad y al bajo costo para producir resortes.
El resorte fabricado cumple con requisitos del mercado ya que este es
realizado de forma semiautomática y no necesariamente en máquinas
importadas de gran tecnología, por consiguiente de alto costo.
La máquina está diseñada para que operadores mecánicos con conocimientos
técnicos en el área de la mecánica, puedan realizar este tipo de resorte sin
ninguna dificultad.
Los resortes están arrollados helicoidalmente y trabajan a flexión, se utiliza
siempre para la recuperación de palancas, uno de los extremos del resorte
debe engancharse en la palanca y el otro en un apoyo fijo, en la posición de
partida, el resorte esta sometido a una tensión previa y presiona la palanca
contra un tope, como el considerado en este proyecto para accionar puertas
enrollables pequeñas.
Si el resorte de torsión trabaja sobre un eje, debe tenerse en cuenta que ha de
quedar suficientemente juego entre el resorte y el eje, para evitar que aquel al
ser accionado, pueda quedar inmovilizado.
83
El término “torsión” hace referencia a la acción de enroscado de las espiras,
aunque el alambre en sí mismo se somete a tensiones de doblado en lugar de
tensión por torsión, este tipo de resorte se preforma al máximo cuando se
coloca sobre un eje o tubo.
Se ha reforzado los conocimientos teórico-prácticos adquiridos en el transcurso
de la Carrera de Tecnología en Procesos de Producción Mecánica, y con la
realización de este proyecto se da solución a problemas cotidianos que se
presentan en talleres o empresas, y que sean de bajo costo para facilitar su
adquisición y mejorar la competitividad de la industria.
4.4 RECOMENDACIONES
Debe procurarse que la relación de arrollamiento sea wm dDC /= de 5 a 12
para evitar esfuerzos de rozamiento, las espiras deben quedar sin tensión entre
sí, o con una tensión muy ligera, incluso en el caso de pequeñas longitudes de
montaje. Si hay que cubrir una gran cantidad de longitud, no es conveniente
adoptar un paso mayor que del 4.5 de lo normal, sino disminuir mD y aumentar
el número de espiras.
En lo posible los resortes a torsión deben tensarse solamente en el sentido del
arrollamiento, de manera que la parte exterior de las espiras trabajen a
tracción. Cuando el sentido de giro es opuesto, abriendo se produce una
tendencia al debilitamiento debido a las tensiones propias del resorte.
Al realizar el montaje de los elementos de la máquina como, el reductor de
velocidad, el motor eléctrico, cojinetes de piso y pared se debe hacer con una
buena precesión para que queden centrados los ejes debido a que existiría
excentricidad en los mismos.
Realizar un mantenimiento tanto para el sistema mecánico como el eléctrico,
revisando sobre todo el estado del motor, chumaceras, poleas, bandas. En el
caso de sufrir daños o desgaste de algún componente, remplazarlos por otros
84
que tengan las mismas características establecidas en los planos de
construcción respectivos.
Al utilizar la máquina tener siempre presente en observar las normas de
seguridad industrial, particularmente cuando se manipule el alambre, para
evitar cualquier accidente.
BIBLIOGRAFÍA
CARVAJAL A, ZURITA J. (2003) Diseño de una Máquina Automática para la
fabricación de Resortes Helicoidales de Compresión y Construcción del
Sistema de Enrollado para la Empresa VYMSA. ESPE. Tesis. Sangolquí.
CASILLAS, A. (1980) Cálculo de Taller
DON BOSCO, (1977) Fundamentos Técnicos de Mecánica. Quito
FRENCH, Thomas. (1990).Dibujo de Ingeniería. McGraw Hill.
GUACHAMÍN ALVAREZ WLADIMIR P. (Octubre 2005). Construcción De una
Dobladora de Tubos. EPN. Tesis.
GRANJA, Mario. (2005). Guía de Soldadura. EPN
HAMROCK, Bernad. (2000). Elementos de Máquinas. 1ra Edición. Mc Graw
Hill. México.
INEN. (1989) Código de Dibujo Técnico – Mecánico. Quito
KASANAS, H.C. Procesos Básicos de Manufactura. EPN.
LAIRBORU N. (1990). Prontuario de Máquinas. 7ma Edición. España
85
MOTT, Robert, (1992). Diseño de Elementos de Máquinas. Prentice Hall.
México.
NORTON, Robert. (2000). Diseño de Máquinas. Mc Graw Hill. México
QUINGA SUNTAXI SANTIGO E. (2004). Dimensionamiento y Construcción del
Equipo de Forja Manual. EPN. Tesis.
SHIGLEY J., MISCHKE C. (2002). Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill.
VARGAS, Jaime. (2007). Apuntes de Máquinas Herramientas. EPN
RUIZ, Rodrigo. (2005) Apuntes de Máquinas Herramientas. EPN
http://www.mts.com/torsionspring.html
http://www.itaya.com
http://www.bobbio.it
http://www.bristolspring.com/torsionspring.html
http://www.chinyn.com.tw
http://www.buildwell.com.tw
http://www.emc.uji.es/d/mecapedia/indices.htm
86
ANEXOS
87
ANEXO 1
TENSIONES DE DISEÑO POR FLEXIÓN PARA AMABRE PARA RE SORTES
QUE SE UTILIZAN EN RESORTES HELICOIDALES DE TORSIÓN
88
1.1 TENSIONES DE DISEÑO PARA RESORTES DE TORSIÓN DE ALAMBRE
DE ACERO DURO EXTRUIDO ASTM
89
1.2 TENSIONES DE DISEÑO PARA RESORTES DE TORSIÓN DE ALAMBRE
PARA INSTRUMENTOS MUSICALES ASTM A228
90
Fuente: MOTT, Robert, (1992). Diseño de Elementos de Máquinas. Prentice Hall. México.
91
ANEXO 2
TOLERANCIAS COMERCIALES PARA DIÁMETROS DE ESPIRAS D E
RESORTES DE TORSIÓN.
92
Tabla 2.1 TOLERANCIAS COMERCIALES
Tabla 2.2 Tolerancias de posición de extremos (para relaciones D/d hasta de 16 inclusive)
Fuente: SHIGLEY J., MISCHKE C. (2002). Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill.
93
ANEXO 3
RESISTENCIA MÍNIMA A LA TENSIÓN DEL ALAMBRE DE
RESORTE.
94
3.1 RESISTENCIA MÍNIMA A LA TENSIÓN DEL ALAMBRE DE RESORTE
Fuente: SHIGLEY J., MISCHKE C. (2002). Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill.
95
ANEXO 4
ALAMBRES TREFILADOS
96
4.1 ALAMBRES TREFILADOS
Descripción Rollos de acero trefilado de sección circular con superficie lisa o corrugada.
Usos
Su uso estructural es en: estribos para la construcción, viguetas, mojones, tapas de canalización, postes de luz y prefabricados en general.
Otros usos y aplicaciones en: clavos, alambres, resortes, armadores, ganchos, pasadores, cerrajería, remaches, estropajo, juguetería y adornos.
Presentación
• Rollos de: 20 kg, 44 kg, 50 kg y canastas hasta de 700 kg. • Rollos corrugados a partir de 4.2 mm (B.W.G. 8). •
97
DIMENSIONES Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
MILÍMETROS
DIAMETRO Kg/m
3.0 0.055 4.0 0.099 4.2 0.109 4.5 0.125 4.8 0.142 5.0 0.154 5.5 0.187 6.0 0.222 6.35 0.249 6.5 0.260 7.0 0.302 7.5 0.347 8.0 0.395 10.0 0.617 12.0 0.888
Normas Técnicas • NTE INEN 1510 (Ecuatoriana)
Alambre liso trefilado en frío para hormigón armado.
• NTE INEN 1511 (Ecuatoriana) Alambre conformado en frío para hormigón armado
Control de Calidad En nuestro laboratorio, se efectúan ensayos de calidad para garantizar las propiedades mecánicas y físicas del producto terminado. A solicitud del cliente se expide un certificado de calidad del producto.
(B.W.G.)
CALIBRE DIÁMETRO (mm) gr/m m/kg
5/0 12.70 994.42 1.01 4/0 11.53 819.63 1.22 3/0 10.80 719.13 1.39 2/0 9.65 574.14 1.74 1/0 8.64 460.24 2.17 1 7.62 357.99 2.79 2 7.21 320.50 3.12 3 6.58 266.94 3.75 4 6.05 225.67 4.43 5 5.59 192.66 5.19 6 5.16 164.16 6.09 7 4.57 128.76 7.77 8 4.19 108.24 9.24 9 3.76 87.16 11.47 10 3.40 71.27 14.03
10.5 3.23 64.32 15.55 11 3.05 57.35 17.44
11.5 2.91 52.21 19.15 12 2.77 47.31 21.14
12.5 2.59 41.36 24.18 13 2.41 35.81 27.93 14 2.11 27.45 36.43 15 1.83 20.65 48.43 16 1.65 16.79 59.58 17 1.47 13.32 75.06 18 1.24 9.48 105.49 19 1.07 7.06 141.67
PROPIEDADES MECÁNICAS
Corrugado
kgf/cm2 Liso
kgf/cm2 Límite de fluencia
mínimo 5000 4945
Resistencia a la tracción mínima 5970 5600
Alargamiento (%) mínimo 6% ---
Reducción del Area (%) mínimo --- 30%
98
ANEXO 5
POLEAS ACANALADAS PARA CORREAS TRAPECIALES
99
5.1 CORREAS PARA TRANSMISIÓN
Fuente: DON BOSCO, Fundamentos Técnicos de Mecánica. Quito
100
ANEXO 6
CORREAS TRAPECIALES MONTAJE Y DIÁMETROS DE
REFERENCIA.
101
6.1 DIÁMETROS DE REFERENCIA
Fuente: LARBURU, NICOLAS. (1195). Prontuario de Máquinas
6.2 Valores de C1, C2, C3
SECCIÓN Z A B C D E
C1 0,34 0,61 1,08 2,01 4,29 6,22 C2 1 26,68 69,8 194,8 690 1294
C3 0,64 1,04 1,78 3,18 6,48 9,59
102
ANEXO 7
CUADRO DE SELECCIÓN DE REDUCTORES
103
7.1 TIPO DE REDUCTOR
RPM TIPO DE REDUCTOR
RV 30 RV 40 RV 50
RV 63 RV 70 RV 90 RV 110
Relación
Entrada Salida
KW KW KW KW KW KW KW
1/7.5 3000
1500
1000
400
200
133.3
0.43
0.33
0.3
1.46
0.81
0.7
2.24
1.4
1
3.2
2.3
1.9
4.2
2.8
2.3
7.7
5.5
4.4
14.3
11
8.5
1/10 3000
1500
1000
300
150
100
0.32
0.25
0.2
1.06
0.59
0.48
1.76
1.1
0.75
2.7
1.8
1.5
3.75
2.5
2
6.3
4.5
3.7
11.7
9
7
1/15 3000
1500
1000
200
100
66.7
0.26
0.2
0.15
0.75
0.5
0.4
1.3
0.81
0.62
1.8
1.4
1.1
3
2
1.6
4.62
3.3
2.7
8.45
6.5
4.7
1/20 3000
1500
1000
150
75
50
0.2
0.15
0.1
0.7
0.4
0.32
0.98
0.6
0.48
1.4
1.1
0.9
2.25
1.5
1.1
3.6
2.6
2.1
6.35
4.9
3.6
1/25 3000
1500
1000
120
60
40
0.16
0.12
0.09
0.59
0.33
0.26
0.85
0.53
0.39
1.2
0.9
0.7
1.95
1.3
1.1
3.08
2.2
1.75
5.48
4.22
3.24
1/30 3000
1500
1000
100
50
33.3
0.14
0.11
0.08
0.5
0.28
0.21
0.8
0.5
0.35
1
0.85
0.6
1.65
1.1
0.78
2.8
2
1.7
4.95
3.81
3
1/35 3000
1500
1000
85.7
42.8
28.6
0.13
0.1
0.07
0.47
0.26
0.19
0.65
0.41
0.29
0.9
0.75
0.55
1.5
1
0.7
2.38
1.7
1.3
4.16
3.2
2.6
1/40 3000
1500
75
37.5
0.12
0.09
0.37
0.23
0.59
0.37
0.85
0.7
1.38
0.92
2.28
1.63
3.9
3
104
1000 25 0.07 0.17 0.28 0.5 0.66 1.21 2.3
1/50 3000
1500
1000
60
30
20
0.06
0.06
0.04
0.33
0.2
0.14
0.53
0.33
0.24
0.7
0.5
0.33
0.9
0.64
0.44
1.6
1.16
1
3.0
2.33
1.7
1/60 3000
1500
1000
50
25
16.7
0.05
0.04
0.03
0.3
0.18
0.12
0.4
0.26
0.19
0.45
0.37
0.26
0.5
0.41
0.3
1.5
1.1
0.88
2.5
1.9
1.4
1/70 3000
1500
1000
42.8
21.4
14.3
0.04
0.03
0.02
0.2
0.12
0.09
0.37
0.23
0.17
0.4
0.35
0.24
0.45
0.4
0.28
1.25
0.9
0.7
2.0
1.6
1.25
1/80 3000
1500
1000
37.5
18.7
12.5
0.03
0.02
0.02
0.17
0.1
0.07
0.32
0.2
0.15
0.35
0.3
0.22
0.4
0.37
0.25
1.0
0.78
0.57
1.7
1.35
1
105
ANEXO 8
ROSCA MÉTRICA
106
8.1 CUADRO DE ROSCA MÉTRICA
Fuente: Viloria, José; Prontuario de Mecánica Industrial Aplicada
107
ANEXO 9
HOJAS DE PROCESOS DE LOS COMPONENTES DE LA
MÁQUINA
108
ANEXO 10
PLANOS DE CONSTRUCCIÓN
